İKLİMLENDİRME VE SOĞUTMA TEKNOLOJİLERİ

AKDENİZ ÜNİVERSİESİ EKNİK BİLİMLER MESLEK YÜKSEKOKULU İKLİMLENDİRME VE SOĞUMA EKNOLOJİSİ İKLİMLENDİRME VE SOĞUMA EKNOLOJİLERİ DERS NOLARI ORHAN KISA Maina Yüse Mühendisi Öğretim Görevlisi ANALYA-0

. SOĞUMANIN ANIMI VE ARİHİ GELİŞİMİ. Soğutmanın anımı ve arihçesi Bir maddenin veya ortamın sıcalığını onu çevreleyen hacim sıcalığının altına indirme ve orada muhafaza etme üzere ısının alınması işlemine soğutma denilebilir. En basit ve en esi soğutma şeli, soğu yörelerde tabiatın meydana getirdiği ar ve buzu muhafaza edip bunların sıca veya ısısı alınma istenen yerlere oyara soğutma sağlanmasıdır. Kış aylarında meydana gelen ar ve buzu muhafaza edere sıca mevsimlerde soğutma masatları için ullanma usulü M.Ö. 000 yıllarından beri uygulanmata olduğu bilinmetedir. Mısırlılar, geceleri açı göyüzünü görece tarzda yerleştirilen topra ap içindei sıvıların soğutulabileceğini tespit etmişlerdir. Bu soğutma şeli, göyüzünün aranlıtai sıcalığını mutla sıfır ( 7 C) seviyesinde olmasından ve ışıma (radyasyon) yolu ile ısının göyüzüne iletilmesinden yararlanılara gerçeleşmetedir. İmparator Neron, güneşin etisinden orunma için duvarları samanla izole edilmiş odalar yaptırmış ve bu odalarda sebze ve meyvelerin uzun zaman muhafazasını sağlamıştır. icari masatla il büyü buz satışı 806 yılında Frederic UDOR tarafından Antil adalarına 0 tonlu buz Favorite adlı teneyle götürülmesi ile başlamıştır. İl macerasından zarar etmesine rağmen bu olumsuzluğun depolanmadan aynalandığını, gerçete ise buz işinde büyü azançlar olduğunu görmüş, naliye esnasında buzu uzun süre muhafaza etme için tenesinde değişililer yapara yılda 50.000.000 ona ulaşan bir buz ticareti hacmi geliştirmiştir. Hatta başa ülelere buz satmıştır. abiatın bahşettiği buz ile soğutma şelinden 880 li yıllara adar geniş ölçüde yararlanılmıştır. Buz ve ar ile elde edilen soğutma şelinin gere zaman gerese bulunduğu yer baımından çoğu ez prati ve ucuz bir soğutma sağlayamayacağı bir gerçe olduğundan meani araç ve cihazlarla soğutma tenileri üzerinde araştırmalar başlamıştır. 755 yılında Dr. William Cullen, eline eter sürdüğünde meydana gelen buharlaşma sonucunda elinin serinlediğini hissedere il meani soğutmanın temelini atmıştır. Dr. William Cullen bu olaya dayanara, 775 senesinde vaum prensibine dayanan buz yapma mainasını imal etmiş faat laboratuar aleti olara almış ve geliştirilememiştir. 79 yılında, Pellas adında bir Norveçlinin yönettiği aşifler gurubu Kuzey Sibiryanın Lena Nehri yaınında amp urmuşlar, dondurucu soğutan orunma için çadırlarına sığınmış olan gezginler öpelerin havladılarını duyara dışarıya çıarlar, arları telaşla eşeleyen öpeleri görürler, öpelerin yanına gittileri zaman ar altında gömülü duran bir mamutun bozulmamış başını görürler. Dev mamutun gövdesini saran buzları temizleyip bir parça et eserler. Mamutdan esilen bir parça eti pişirip yiyen gezginler etin bozulmamış olduğunu far ederler. Bu öyü besinlerin soğu ortamda uzun zaman salanabileceğini gösteren gerçe bir örnetir. Bu öyüyü duyan bilim adamları 79 senesinden sonra soğutma işine terar önem vermeye başlamışlar dır. 84 yılında Jaop PERKİNS adında Amerialı bir Mühendis Londra da eter ile çalışan pistonlu bir soğutma mainasının patentini almıştır. Otuz yıl boyunca bu prensiple çalışan maineler yapılmış, eletri enerjisi olmayan yerlerde çalışan bir maine üzerinde de durulmuş ve 858 yılında Fransız Ferdinand CARRE absorbsiyon sistemini bulmuştur. 886 senesinde mühendis Windhausen CO gazı ile çalışan sistem yapara -80C düşü sıcalı elde etmiştir. Bu tarihten sonra buz endüstrisi gelişere, evlere gıda maddelerinin muhafazasına buz ile başlanılmıştır. 90 yılında J.M. Larsen şireti tarafından il üçü buzdolabı yapılmış faat otomati olmadığı için pe fazla tutulmamıştır. 98 yılında Kelvinatör şireti il otomati buz dolabını piyasaya sürmüştür. 90 da R- gazı bulunara CFC soğutucuların temeli atılmıştır. 95 te R- soğutucu aışanı bulunara HCFC öenli aışanlar geliştirildi 989 da R-4 A ve R- soğutucu aışanları bulunara ozon tabaasına zarar vermeyen HFC.öenli aışanlar geliştirilmiştir. 990 lı yılların başında R- ve R-50 yerine ullanılma üzere iili ve üçlü alternatif soğutucu aışan arışımları geliştirildi.

. ÇEVRE Isı yüse sıcalı aynağından düşü sıcalı aynağına endiliğinden geçer. Kış aylarında yüse sıcalı aynağı mahal içerisi, yaz aylarında dış hava sıcalığıdır. Isı aışının tamamen engellenmesi mümün olmadığı için mahal içerisinden düşü sıcalı aynağına (dış havaya), yüse sıcalı aynağı (dış hava) dan mahal içerisine doğru ısı transferi olacatır. Sıcalığın yaz ve ış aylarında sabit alabilmesi için iş görme esasına dayanan bir sistemle hacmin aybolan ısısı yerine ısı ilavesi yapılara, azanılan ısıyı yüse sıcalı aynağına taşıyara ısı dengesi orunabilir.bu sistem sıcalığın yanında havanın hızı, nemi, tazeliğini istenilen değerlerde tutma özelliğine de sahip olabilir.. KONFOR Kapalı bir ortamda sıcalı ve diğer hava şartlarından ileri gelen bir rahatsızlı olmaması halidir. Konforun tam manasıyla belirlenebilmesi için deneysel olara gözlenebilece esin bir fizyoloji olay yotur. Deri sıcalığı bu onuda iyi bir fiir sağlayabilir. arafsız sıcalı aralığı onfor için bir riter olara alınabilir... arafsız Sıcalı Aralığı arafsız sıcalı aralığı 7-0C sıcalıları arasındai bir hava hareetsiz olduğu zaman çıpla bir insan için öyle bir denge notası vardır i bu nota vücuttai denge halini orur. İnsan bu aralıta ne üşüme nede sıcalı hisseder. Bir insanın onfor halinde bulunması sadece havanın sıcalığına bağlı değildir. Havanın nemi, hareeti, temizliği ve civar yüzeylerinin ortalama sıcalığı onfora eti eder. Yaz aylarında bağıl nemin % 6 artması insan vücudu tarafından C sıcalı artışı olara algılanır, hava hızı arttığında ise insanlarda üşüme hissi oluşur... Eten (Efetif) Sıcalı Sıcalı ile beraber bağıl nem ve hava hızını da diate alara yeni bir sıcalı ölçeği tarif etme geremiştir. Bu sıcalığa (E) adı verilmiş olup fizyoloji olara hissedilen sıcalığı temsil eder. Aşağıdai şeilde (E) ve onfor bölgeleri görülmetedir. Şeil. İç ortam sıcalığı ve ortamın bağıl nemine bağlı olara onfor bölgesi.. GIDALARIN MUHAFAZASI Her gün yediğimiz bitisel ve hayvansal gıdaları, her an bulma mümün olmaya bilir. Bu güçlüle arşılaşan insanlar hal çareleri aramaya başlayara imya, fizi ve biyoloji esasına dayanan çeşitli usuller geliştirmişlerdir... Kimya Esasına Dayanan Muhafazalar; a) uzla muhafaza (salamura) b) Baharatla muhafaza (sucu-pastırma) c) Şeerle muhafaza (reçel).. Fizi Esasına Dayanan Muhafazalar; a) Kurutma (uru yemişler, bazı meyveler vs) b) Hararette pişirme (onserve) c) Maddeyi yağ ve parafinle örtme. Kimyaya dayanan muhafaza usulleri, maddenin bünyesinde esaslı değişililer yapmatadır. Gıda maddelerinin taze bütün doğal özellilerine yaın muhafaza, yine fizi esasına dayanan Soğuta Muhafaza usulüdür... Gıda Maddelerinin Bozulma Nedenleri Hayvansal ve bitisel gıda maddelerinde zamanla (hayvanın esilmesi, meyve ve sebzelerin oparılması) birço değişililer olur. Sonuçta gıda maddesi bozulur veya oar. Gıda maddelerinde meydana gelen bozulma veya oma, gıda maddesinin bizzat endi hücrelerinin çıarmış olduğu diastazların etisindedir. Ayrıca maddenin üzerine düşen miropların çıardığı diastazlarla da madde bozulur. Muhafaza usullerinin amacı bu diastazları öldürme veya çalışmasını durdurmatadır.

..4 Gıda Maddelerine Sıcağın Etisi Diastazların en fazla çalışma gösterebildiği sıcalı derecesi 5-47 C dir. Yeni esilmiş bir hayvanın sıcalı derecesi 8-40 C olduğu göz önünde bulundurulursa bu sıcalı diastazların üremesi için en uygun sıcalı olduğu görülür. Yeni esilmiş bir hayvan etinin bozulmaması için pişirilmesi veya soğu depolara onması gereir. Çünü diastazlar ısla halde sıcalığa arşı ço duyarlıdır. 5~47 C sıcalığın üzerine çııldıça çalışması azalır. +80~+90C de çalışması durur, aynama derecesinde tamamen harap olurlar. Kuru halde +50~+60 C sıcalığa adar dayanırlar, bu sıcalığın üzerinde harap olurlar...5 Gıda Maddelerine Soğuğun Etisi Soğu ne adar etili olursa olsun, diastazları harap etmez. 0 C de çalışması azalır. Kısa süre salanaca etler 0 C- +C li depolara onur. Uzun süre salanaca etler ise -0 C seri halde dondurulup 0 C li soğu depolarda salanır.. SOĞUMA USULLERİ Gıda maddeleri fizisel ve imyasal usullerle ısa süre ve uzun süreli olara muhafaza edilebilir... Kimyasal Yöntemler Normal sıcalıta bazı maddeler, birbirleri ile çeşitli oranlarda arıştırıldığında, endi sıcalılarından daha düşü sıcalılar oluşur. Seyyar dondurmacıların metodu bu usule örne olara gösterile bilir. Aşağıdai cetvel ağırlı olara arıştırılan bazı imyasal maddelerin il ve son sıcalıları göstermetedir. Karıştırılan maddeler (Ağırlı olara) İl sıcalı derecesi Son sıcalı derecesi birim ar + birim N a CI 0 C -0 C birim ar + birim H SO 4 0 C -0 C birim ar + 4 birim KOH 0 C -46 C 4 birim ar + 5 birim CaCI 0 C -40 C ablo. Çeşitli maddelerin salamura sıcalıları... Fizisel Yöntemler Fizisel usullerde, dış ve iç uvvetlere iş yaptırara, ısıyı başa bir enerji şeline dönüştürme yoluyla soğutma sağlanır. Bugünü soğutma mainalarının, esas çalışma prensibi fizisel yöntemlere dayanmatadır. Bu yöntemler: Sııştırılmış gazların genleştirilmesiyle soğulu elde etme: Bu metoda pnömati çeiçler örne olara gösterilebilir. Pnömati çeiç fazla çalıştığında etrafı buz tutar. Bütan gaz ocalarında brülör fazla yanarsa arlanır. Maddenin halini değiştirere soğulu elde etme: Bir cisim atı halden sıvı hale, sıvı halden gaz haline geçmesi ile soğulu elde edilir. Bunların içinde buhar halindei soğutucu aışanı ızgın buhar haline getirip sonra sıvı daha sonra gaz haline getirere soğulu elde edilmesi bugünü soğutma mainelerinin temel prensibini oluşturur..4 GIDA MADDELERİNİN MUHAFAZA USULLERİ Gıda maddesinin cinsine ve salama sürelerine göre gıda maddeleri aşağıda açılanan usullerle muhafaza edilebilir..4. Soğu Muhafaza Kısa müddetli muhafazalar için soğu muhafaza usulü uygulanır. Gıda maddelerinin özelliği ve muhafaza sürelerine göre bir soğu muhafaza deposunun sıcalığı 0C ~ +5C arasında değişir. Herhangi bir gıda maddesi bir soğu muhafaza odasına alınmadan önce ön soğutma odasına alınır. Bu ön soğutma odasında o gıda maddesinin sıcalığı en fazla 4 saat içinde soğu muhafaza sıcalığına getirilere soğu muhafaza odasına alınır..4. Donmuş Muhafaza Uzun müddetli muhafazalar için donmuş muhafaza usulü uygulanır. Gıda maddelerinin özelliği ve muhafaza müddetlerine göre donmuş muhafaza deposunun sıcalığı ~ 5 C arasında değişir. Herhangi bir gıda maddesinin donmuş muhafaza odasına alınmadan önce ön soğutma odasına alınır. Ön soğutma odasına gıda maddesi en fazla 4 saat içinde 0 C ye adar soğutulur, daha sonra gıda maddesi dondurma tüneline alınır. Dondurma tünelinde en fazla 48 saat içinde -8 C veya -5 C ye adar dondurulur. Muhafaza müddetine göre sıcalığı belirlenmiş olan gıda maddesi donmuş muhafaza odasına alınır. Hasat Hasat Ön soğutma Ön Soğut. Dondurma üneli Soğu Muhafaza Donmuş Muhafaza Pazarlama Pazarlama

4. ISI VE SICAKLIK. ISI Isı bir enerji çeşididir. Isı enerjisi maddeleri meydana getiren moleüllerin hareet etmelerinden dolayı açığa çıan enerjidir. Bir cismin ısısı, moleüllerinin hareet enerjisi ile oluşur. Diğer bir deyişle ısı bir moleüler hareettir. Katı bir maddeye ısı ilave edildiği sürece sıcalığı artmaya devam eder, tai sıvı hale dönmeye başlayıncaya adar. Madde tamamen sıvı hale dönüşünceye adar sıcalı artmaz. Sıvı haldei maddeye ısı verilmeye devam edilirse sıcalı aynama notasına adar artacatır. Isı mitarı: Soğutmacılıta Kcal, BU ve Joule birimleri ile ısı mitarları belirlenmetedir. Kcal: +4,5 C dei g suyun sıcalığını C artırma için ilave edilmesi gereen ısı mitarıdır. BU: libre ağırlığındai suyun sıcalığını F yüseltme için ilave edilmesi gereen ısı mitarıdır. Joule = 0,4 Cal BU = 0,5 Kcal Kcal =,96 BU. SICAKLIK Sıcalı ısının bir göstergesidir. Isı alıp veren cisimlerin üzerindei sıcalı değişimini değerlendirme için ullanılan bir avramdır. Cisimlerin sıcalığı haında arar veriren vücut sıcalığını referans abul ederiz. Sıcalı ve ısı birbirine bağlı faat farlı avramlardır. Maddenin sıcalığı yalnız başına ısı mitarını belirtemez... Mutla Sıcalı Fizite düşü sıcalılar 0 C den daha aşağıdadır. Sıcağın C düşmesine arşılı termometredei gazın basıncı 0 C de sahip olduğu değerin /7,5 i adar esilir. O halde sıcalı 0 C den itibaren 7,5 C den daha fazla azalamaz. Çünü 7,5 C sıcalıta gazın basıncının sıfır olması gereir. 7,5 C sıcalıları mutla sıfır olara alma uygun olur. litre Su litre Su Şeil. Yuarıdai apların birine litre, diğerine litre su doldurara apların altına aynı özellite ii be oyup aynı anda ısıtmaya başlayalım. numaralı aptai suyun sıcalığı, numaralı aptai su aynamaya başladıtan sonra aplardai su sıcalıları eşit olacatır. Kaplardai su sıcalıları aynı olmasına rağmen numaralı apta daha fazla ısı enerjisi vardır. Sadece maddenin sıcalığı ile o maddenin sahip olduğu ısı mitarı belirlenemez. Mesela 000 C g demirin ısısı, 00 C dei 0 g demirden daha azdır, faat birincisi daha sıcatır. Sıvılar aynamaya başladığı zaman sıcalıları yüselemez. Faat ap içindei suyun tamamı buhar haline getirilirse sıcalığı ızgın buhar şelinde yüseltilebilir. Eğer sıvı halde suyun sıcalığı yüseltilme istenirse, sıvının aynamasını önleme için sıvı yüzeyine basınç uygulayara sıcalı yüseltilebilir... Isı Enerjisinin Cisimler Üzerindei Etileri Isı enerjisi cisimler üzerinde bir taım değişililere yol açmatadır. Bu değişililer cismin özellileri haında bilgi verdiği gibi cismin halini değiştirmete ters işlem yapıldığında, ise esi haline dönüşmete veya dönüştürememetedir.. Boyut değişimi Katı, sıvı ve gazlar ısıtıldılarında genleşirler.. Hal değişimi Isı enerjisi cisimlerin halini değiştiren bir enerjidir. Buz ısıtıldığında erir ve suya dönüşür. Isı verilmeye devam edilirse aynar ve buhar olur. am tersi yapıldığında, buhar soğutulduğunda su olur. Su soğutulduğunda ise buz haline döner. Görüldüğü gibi aynı madde ısı tesiri ile hem gaz, hem sıvı hem de atı hale dönüşmetedir.. Kimyasal yapı değişimi Bir mitar şeer ısıtıldığında rengi önce ahverengi daha sonra siyaha dönüşür. Bu işlemin tersi yapılandığında ise şeer esi haline dönemez, çünü şeerin imyasal yapısı değişmiştir.

5 4. Ren değişimi Bir çeli parçası ısıtıldığında rengi önce oyu ırmızı, sonra iraz ırmızısı, sonra sarı, en son beyaz renge dönüşür. Metaldei bu ren değişimi metalindei sıcalığı haında bize bilgi verir. 5. Eletri etisi Birbirinden farlı ii metal telin (baır ve demir gibi) uçları birleştirilip, o notada ısıtıldılarında düşü mitarda eletri aımı oluşur. Aım değeri galvonometre ile ölçülere sıcalı haında bilgi sahibi olunur.. SICAKLIK ALGILAYICILAR (ermometreler) Cisimlerin veya ortamın sıcalığını hisseden ölçü aletleridir. ermometrelerin yapımında ısı enerjisinin cisimler üzerindei bazı tesirlerinden istifade edilir. Isı tesiri ile cisimlerin boyut değişimi Isı tesiri ile cisimlerin eletrisel direncinin değişimi Isı tesiri ile cisimlerin renlerinin değişimi... ermometre Çeşitleri Cam tüpte aışanlı termometreler Bu termometreler sıcalı ölçülmesinde geniş bir alanda ullanılmatadır. Bu tip termometrelerin yapısı basit ve maliyeti ucuzdur. Aışan olara cam tüp içinde renli alol veya civa ullanılır. Çalışma prensibi: Genelde sıvı maddeler ısının artmasıyla atılardan daha fazla genleşirler. Cam tüpte civa bulunan bir termometrede sıcalı yüselmesi ile civanın hacmi cam tüpün hacminden daha fazla genleşecetir. Cam tüpte aışanlı termometrelerde ince ılcal bir borunun alt ısmında civanın asıl toplandığı hazne üst ısmında ise üçü emniyet haznesi olup bunların arasındai ısım homojen silindiri yapıdadır. Metali Dirençli ermometreler Metallerin çoğunun artan sıcalıla eletri direnci de artar. Metallerin bu özelliğinden dolayı hassas sıcalı ölçümlerinde ullanılır. Herhangi bir metalin direnç sıcalı atsayısı ile gösterilir. Bu değer sıcalıla değişmete olup, malzemenin sıcalığının artmasında her dereceye arşılı gelen direnç değişimidir. R = R 0 (+t hermocouples (ermoapıl) Farlı ii metalin birleşme notasında ısıtıldılarında artan sıcalığa bağlı olara eletrisel bir potansiyel farı oluşur. Devrenin tamamlanması için metallerin diğer boştai ii uçları da birleştirildiğinde devreden bir mitar aım geçer. Bu aide termoapılların önemli bir özelliğidir. Bu tip devreye bir galvanometre yerleştirildiğinde ii nota arasındai sıcalı farından dolayı meydana gelen aımı gösterecetir ermoapılların ullanım avantajları: Ço basit bir yapısı vardır. Ço üçü ve sağlam yapılıdır. Uzun müddet ullanılabilir. Zarar gören parçaları değiştirilebilir. Uzatan ontrol durumları için idealdir. Otomati sisteme bağlanabilir. Kısa zaman içinde sıcalı ölçümü verir... Pirometreler ermometrelerin sıcalı ölçülece bölge ile diret temas halinde bulunma zorunluluğu yüse sıcalılarda ullanımı sınırlamatadır. Pirometreler yüse sıcalılarda ullanılan sıca aynatan yayılan radyasyona göre ölçüm yapan bir sıcalı ölçüm cihazıdır. Pirometreler ısı aynağından uygun uzalığa onup ölçüm yapabildiğinden ço emniyetli ve ullanımı rahattır. Yüse fırının içerisindei ergimiş metalin sıcalığının ölçülmesinde pirometreler rahatlıla ullanılabilir. Ren ve sıcalı Sıca bir metalin rengi sıcalığı ile anlaşılabilir. Ren Sıcalı C Mat ırmızı 700 Kiraz ırmızı 900 Portaal ırmızı 000 Sarı 00 Beyaz 00.4 BİR ERMOMERENİN SKALASININ BELİRLENMESİ Bir termometre tüpünün ölçümlendirilmesi için ii sabit nota alınır, Bunlardan biri en düşü, diğeri en yüse notadır.

6 Şeil. Sıcalı ölçelerinin arşılaştırılması..4. Celcius ermometresinde Suyun donma notası olan 0 C en düşü nota. Suyun aynama notası olan 00 C en yüse nota olara alınır. Aradai mesafe 00 eşit parçaya bölünür..4. Kelvin ermometresi SI sisteminde ullandığımız Kelvin ermometresinde ise; Suyun donma notası 7 K, suyun aynama notası 7 K alınmış olup aradai mesafe 00 eşit parçaya bölünmüştür. C = K Kelvin = Celcius + 7 0 K = -7 C, +7 K = 0 C.4. Fahrenheit ermometresi Fahrenheit salda suyun donma notası F, aynama notası F sıcalıları arasını 80 eşit parçaya bölere her bir aralı için F alınara belirlenmiştir. 5 C 9 F, 9 F C 5 C Ra 49 Rc,98 0,8.5 ISI MİKARI VE CİSİMLERİN ÖZGÜL ISI KAPASİELERİ Şeil. Isı mitarı ve cisimlerin özgül ısı apasitelerinin bir deney düzeneği ile gösterilmesi. Şeil. te ütleleri aynı, t sıcalığında yağ ve suyu izole ile edilmiş aplarda aynı sıcalığa ulaştırma için suya daha fazla ısı verme gereecetir. Bu da gösterir i su, yağa nispeten daha fazla ısı emme apasitesine sahiptir. Isı mitarı maddenin ütlesi, ısınma ısısı ve sıcalıtai değişimin çarpılmasıyla hesaplanır.

7 değerinin (-) çıması maddeden ısı çeildiğini gösterir. = m.c (t t ) = Gereen ısı mitarı (Jule) m = Cisim ütlesi (g) c = Cismin özgül ısı apasitesi (J/g K veya J/g C) t = İl sıcalı (K veya C) t = Son sıcalı (K veya C) Şeil.4 Isı mitarı ve cisimlerin özgül ısı apasitelerinin bir deney düzeneği ile gösterilmesi. Şeil.4 te ütleleri farlı ii türdeş sıvıyı izole edilmiş. Kaplara aynı sıcalığa ulaştırma için m ütleli sıvı daha fazla ısı verme gereecetir..5. Özgül Isı (Isınma ısısı) g ütlesindei bir cismin sıcalığını C veya K artırma için gereli ısı mitardır. Basınç, hacim ve sıcalı şartlarına göre değişir. Bundan dolayı ısıl hesaplamalarında basınç veya hacimden biri sabit tutulara C v (sabit hacim), C p (sabit basınç) sembolleriyle ifade edilir. Aışanlarda sıcalı farı olması durumunda özgül ısı tablolardan bulunur. üm cisimlerin değişen sıcalı değerlerine göre özgül ısı apasiteleri bir mitar değişir. 0 C de suyun özgül ısı apasitesi 47 J/g C 0 C de suyun özgül ısı apasitesi 48 J/g C Genel olara problemlerde su için ısınma ısısı 400 J/gC alınır. Madde Alüminyum 950 Baır 85 Civa 9, Çeli 450-480 Ahşap 800 Kum 800 ablo. Bazı maddelerin özgül ısı apasiteleri Özgül ısı apasitesi J/g K Örne Problem. 0 C dei sıcalıta g ve 5 g suyun 00 C sıcalığa ulaştırma için gereen ısı mitarını bulunuz? Çözüm = m c (t -t ) = m c (t -t ) =. 400 (00-0) = 67000 j = m c (t -t ) = 5. 400 (00-0) = 680000 j Örne Problem. 5000 gr ütlesindei alüminyum bloğun sıcalığı 0 C den 5 C ye düşürülmetedir. Alüminyumdan çeilen ısı mitarını bulunuz.

8 Çözüm C al = 950 j /g C m = 5000 gr = 5 g = m c al (t -t ) = 5. 950 (5-0) = - 498750 j = - 498750/000 = 498,750 j Sonucun esi çıması sistemden ısı çeildiğini gösterir. Örne Problem. 00 g ütlesindei bir cismin sıcalığı 0 C den 0 C ye çıarılması için 0.000 j ısı enerjisi harcanmatadır, ısı ayıplarını ihmal edere cismin özgül ısı apasitesini bulunuz. Çözüm = m c x (t - t ) C x = m (t -t ) = 0,000 00 (0-0) = 0,5 j /gc Örne Problem.4 Kütleleri 5 er g olan etil alol ve suyun sıcalığı 0 C dir. Bu ii sıvı maddenin sıcalığı 60 C ye çıarma gereen ısı mitarını bulunuz? Çözüm su = m su. c su (t -t ) su = 5. 400 (60-0) = 60000 j etil alol = m etil alol. c etil alol (t - t ) etil alol = 5. 400 (60-0) = 60000 j Bu problemin sonucundan şu sonuca varabiliriz:aynı sıcalıta aynı ütledei aışanların istenilen sıcalığa getirme için verilen ısı mitarı özgül ısı apasitelerine göre değişmete yani ısınma ısısı fazla olan su etil alole göre aynı sıcalığa getirme için daha fazla enerjiye sahip olur..6 ISI VE SICAKLIK DENGESİ Farlı sıcalıta ii madde aynı ortamda arıştırıldılarında ii cisim sıcalıları aynı oluncaya adar ısı nali devam eder. Bu işlemde de imyasal reasiyonun ve dışarıya ısı iletiminin önlenmesi gerelidir. Sıca cismin verdiği ısı = Soğu cismin aldığı ısı = m c t = m c t Cisimler iiden fazlada olsa aynı ural geçerlidir. = = = --------------------- n Örne Problem.5 0,05 g ütlesinde 00C sıcalıtai bir metal 0 C, 0, g lı suyun içine atılmatadır. Karşımın son sıcalığı 5C olup dışarıya olan ısı aybı ihmal edilmetedir. Metal malzemenin özgül ısı apasitesini hesaplayınız? Çözüm m metal = 0,05g m su = 0,0g c metal =? t = 75C Metal tarafından aybedilen ısı; = m metal. c metal. 75 = 0,05. C. 75 Su tarafından azanılan ısı; = m su.c su (5-0) = 0,. 400. 5 = 400 j Kaybedilen ısı = Kazanılan ısı 75. 0,05. c = 400 c = 0 j/gk veya j/gc Örne Problem.6 Sıcalığı bilinmeyen çeli ütlesi 5 g ısınma ısı c = 0,65 j/gk olup, bu parça 5 C sıcalıta, 50 g ütlesinde ve ısınma ısı,0 j/gk olan yağ banyosuna atılmatadır. Banyonun son sıcalığı 60 C olduğuna göre, çeli

9 parçanın il sıcalığını bulunuz? Çözüm Yağ banyosu = m yağ c yağ (t -t ) ısısını alır. Çeli malzeme = m çeli c çeli (t -t ) ısısını verir. Alınan ısı = Verilen ısı = m yağ c yağ (t -t ) = m çeli c çeli (t -t ) 50.,0 (60-5) = 5. 0,6 (t -60) t = 55 C Örne Problem.7 0 C de 500 gr suyun sıcalığını 80 C ye çıarma için, sıcalığı 50 C olan baırdan aç gram suyun içerisine atılması gereir? (Baırın özgül ısı = 90 J /gc) Çözüm Alınan ısı =Verilen ısı m su.c su (t - t ) = m cu. c cu (50-80) 0,5. 4,00 (80-0) = m cu 0,90 (50-80) 0,5 4,0060 m cu 4, 65 g 0,9070.7 ERGİME ISISI, BUHARLAŞMA ISISI, DUYULUR ISI VE GİZLİ ISI KAVRAMLARININ SICAKLIK - ENALPİ DİYAGRAMI ÜZERİNDE GÖSERİLMESİ C 00 57 j/g 0 5 j/g K Katı+sıvı Sıvı+gaz A B C D E F atı ıvı Diyagram. Suyun sıcalı toplu ısı diyagramı S az G.8 ERGİME ISISI Katı bir cisme ısı enerjisi verildiğinde cismin sıcalığının artmayıp sıvı hale geçmesi için verilen ısı mitarına ergime ısısı denir. Her atı cisim için bu değer farlıdır. Ayırt edici bir özellitir. Diyagram. de B-C bölgesinde verilen ısı buz için ergime ısısıdır. Buz için ergime ısısı 5 j/g dır. Bu değer buzun 0 C de tamamen buz haline gelmesi için verilen ısı mitarıdır. B-C bölgesinde cismin sıcalığının hep aynı olduğu görülmetedir. m L E m g L j/ g j E.9 BUHARLAŞMA ISISI Sıvı bir cisme ısı enerjisi verildiğinde, cismin sıcalığının artmayıp, cismin sıvı halden buhar haline geçmesi için verilen ısı mitarıdır. Her sıvı cisim için buharlaşma ısısı farlıdır. Su için buharlaşma ısısı: 57 j/g dır. Diyagram. de D bölgesinde aynamata olan suya tamamen buharlaşabilmesi için E notasına adar ısı verilmesi gereir. D-E bölgesinde sıvının sıcalığının artmadığı görülmetedir. Verilen ısı enerjisi suyun tamamının buharlaştırılmasına harcanmatadır. m L, m g B L j/ g j B

0.0 DUYULUR ISI Herhangi bir maddeye verilen veya o maddeden çeilen ısı, bir sıcalı farlı meydana getiriyorsa bu ısı enerjisine duyulur veya hissedilir ısı diyoruz. Başa bir deyişle, bir sıcalı farı oluşturan ve açıça hissedilen bu ısıya duyulur ısı diyoruz. Diyagram. de A-B, C-D ve E-F bölgesi duyulur ısı bölgelerini göstermete yani verilen ısı enerjisi sıcalığı artırmıştır.. GİZLİ ISI Herhangi bir maddeye verilen veya o maddeden çeilen ısı, maddenin halini değiştirip sıcalığında değişme oluşturmuyorsa bu ısı enerjisine gizli ısı diyoruz. Diyagram. de B-C ve D-E bölgeleri gizli ısı bölgelerini göstermetedir. Verilen ısı enerjisi maddenin sıcalığını değiştirmeyip halini değiştirmiştir. B notasındai buz ütlesine ısı verilere sıcalığı artmadan C notasında tamamen su haline, D notasında atmosfer basıncı altında 00 C de aynayan su E notasında tamamı buhar haline dönüşmüştür. Örne Problem.8 Atmosfer basıncı altında 0 C sıcalığında 0 g suyu doymuş buhar haline getirme için verilece ısı mitarını hesaplayınız? Çözüm = m.c p (t -t ) = 0. 4,8 (00-0) = 6688 j = m L b = 0. 57 = 4540 j = + = 6688 + 4540 = 588 j Örne Problem.9 40 C sıcalıtai 50 gr buzun 50C sıcalıta buhar haline gelmesi için gereen ısı mitarını bulunuz? Buzun ergime ısısı L E = 5 J/g Suyun buharlaşma ısısı L B = 57 J /g Buzun özgül ısı apasitesi C =,4 J /g Buharın özgül ısı apasitesi C =,0 J /g Suyun özgül ısı apasitesi C = 4,9 J /g Çözüm -40C sıcalıta 50 gr buzun 50 C sıcalıta buhar haline gelmesi için suyun hal değişimi diate alınara 5 ademede hesaplanır:. -40 C buzu 0 C ye çıarma için gereen ısı = m.c buz (t t ) C = m (g) C (j/g C) t ( C) = j = 0,5.,4 (0-(-40)) =,84 J. Buzun tamamen ergimesi için gereen ısı ; = m.l E = 0,5. 5 = 50,5 J. Suyun sıcalığını 0 C den 00 C çıarma için gereen = m.c (t t ) = 0,5. 4,8 (00-0) = 6,85 J 4. Suyun 00 C de tamamen buhar haline gelmesi için gereen ısı; 4 = m L B 4 = 0,5. 57 4 = 8,55 J 5. Buharın 00 C den 50 C çıması için gereen ısı; 5 = m.c (t t ) = 0,5.,0. (50-00) = 5,075 J oplam ısı; = + + + 4 + 5 = 479,6 J = 479,6/4,87 = 4,545 cal (Kcal = 4,87 J)

. ERMİK DENGE Farlı sıcalılarda ii cisim birbirleri ile temas haline getirildiğinde sıcalığı büyü olan cisim soğur, sıcalığı düşü olan cisim ısınır, belirli bir süre sonra cisimlerin sıcalıları eşit olur. Isı aışı durduğunda sıcalı düşmesi de olmayacatır. İi cisim üzerindei sıcalıları ölçtüğümüzde sıcalılar aynı ise sistem termi dengedir. 80C 0C Şeil.5 İi cisim arasında termi denge t = t. KURU ERMOMERE SICAKLIĞI ermometre haznesinin üzerinde uru veya ısla bir örtü olmadan yani haznenin ölçüm yapılaca ortam ile diret temas halinde ounan değerdir..4 YAŞ ERMOMERE SICAKLIĞI Doymamış hava ısla fitilin üzerinden geçeren, havanın urulu derecesine göre fitilden bir mitar buharlaşma olur. Bunun sonucu olara suyun (fitilin) sıcalığı düşer ve havadan suya ısı geçişine neden olan bir sıcalı farı oluşur. Bir süre sonra, sudan buharlaşma nedeniyle olan ısı aybı, sıcalı farından dolayı havadan suya olan ısı geçişi eşitlenir ve su bir denge sıcalığına erişir. Bu denge sıcalığı yaş termometre sıcalığıdır. Yaş termometre sıcalığını ölçeren, termometre üzerindei hava aışı, ucuna ısla fitil bağlanmış olan bir termometreyi hızla savurara sağlanabilir. (Şeil.6) da gösterilen savurmalı psirometre yaş termometre sıcalığını ölçen bir cihazdır. Şeil.6-a Yaş termometre sıcalığı ölçme için basit bir düzene. Şeil.6-b Savurmalı yaş termometre.5 ÇİĞ NOKASI SICAKLIĞI Nemli bir ilimde yaşayanlar, yazın sabahları uyandılarında çimenlerin ısla olduğunu görürler Gece yağmur yağmamasına rağmen çimenlerin ısla oluşu havada nemin soğu yüzeyler üzerinde yoğuşması ve çiğ adı verilen su örtüsünü oluşturmasıdır. Yaz mevsiminde gündüzleri büyü mitarda buharlaşma olur. Aşamları sıcalı düşeren, havanın nem tutma apasitesi, başa bir değişle içerisinde bulundurabileceği en ço su buharı mitarı da azalır. Bir süre sonra havanın nem tutma apasitesi, havadai su buharına eşit olur. Bu notada hava doymuş haldedir ve bağıl nemi %00 dür. Sıcalığın biraz daha düşmesiyle su buharının bir bölümü yoğuşur ve çiğ oluşumu başlar. Hava sabit basınçta soğutulduğu zaman yoğuşmanın başladığı sıcalı diye tanımlanabilir.

4. SAF MADDENİN ÖZELLİKLERİ 4. SAF MADDE Her notasında aynı ve değişmeyen bir imyasal bileşime sahip olan maddeye saf madde adı verilir. Su, azot, helyum, hidrojen, arbondiosit, saf maddedir Saf maddenin sadece bir te imyasal element veya bileşiminden oluşması geremez. Değişi imyasal elementlerden veya bileşimlerden oluşan bir arışımda, homojen olduğu sürece saf madde abul edilir. Hava değişi gazlardan oluşan bir arışımdır, imyasal bileşimi her notada aynı ve değişmez olduğu için saf maddedir. Şeil 4. Azot ve gaz hava birer saf maddedir. Su ve yağ arışımı saf bir madde sayılamaz, çünü böyle bir arışımda yağ, suda çözülmeyip üstte toplandığından homojen bir imyasal arışım oluşturmazlar. Saf bir maddenin ii veya daha ço fazının bir arada bulunduğu bir arışımda, fazların imyasal bileşiminde bir farlılı olmadığı sürece saf madde apsamına girer. Sıvı buhar arışımı saf bir maddedir, çünü her ii fazında imyasal bileşimi aynıdır. Buna arşılı sıvı hava ile gaz havanın oluşturduğu arışım saf madde değildir, çünü sıvı havanın imyasal bileşimi gaz havanıninden farlıdır. Bunun nedeni, havayı oluşturan gazların değişi yoğuşma sıcalılarına sahip olmalarıdır. Şeil 4. Sıvı buhar arışımı su saf bir maddedir, faat sıvı ve gaz havanın arışımı saf bir madde değildir 4. SAF MADDENİN FAZLARI Maddeler değişi şartlarda farlı fazlarda bulunabilir. Oda sıcalığında ve basıncında baır atıdır, civa sıvıdır, azot ise gazdır. emelde atı,sıvı ve gaz olma üzere üç grup faz vardır. Faat her temel faz içinde farlı moleül düzenine sahip başa fazlarda olabilir. Örne olara arbon, atı fazı içinde grafit veya elmas fazlarında bulunabilir. Yüse basınçlarda buz yedi değişi fazda bulunabilir. Faz, fizisel olara belirgin sınırların içinde her notada aynı olan belirli bir moleül düzenini simgeler. Buzlu su, suyun ii fazını açılayıcı iyi bir örnetir. Katı fazında moleüller latis adı verilen ve endini terarlayan üç boyutlu bir düzende yer almatadır. Şeil 4. Katı bir cismi oluşturan moleülleri, yay benzeri moleülleri arası uvvetlerle yerlerinde tutulurlar.

Katı cisim içindei moleüller birbirlerine yaın oldularından, onları birbirine çeen uvvetler güçlüdür ve bu nedenle yerlerinde sabit alırlar. Katı bir cisimdei moleüller her ne adar yerlerinde alsalar da, bulunduları yerde süreli olara titreşirler. Bu titreşim sırasında moleüllerin hızları sıcalığa bağlıdır. Sıcalı yeterince arttığı zaman moleülleri burada tutan uvvetlere üstünlü sağlayara moleül ümeleri ayrılmaya başlar. Bu nota erimenin başladığı andır. Şeil 4.4 Katı fazında moleüller yerlerinde hemen hemen sabittir. Sıvı fazında moleüllerin arasındai mesafe atı fazına oranla ço fazla değildir, faat moleüller artı yerlerinde sabit alma yerine ümeler halinde birbirlerinin üzerinde ayarlar. Bununla birlite, her üme içindei yapısal düzen bozulmaz ve moleüller birbirlerine göre yerlerini orurlar. Şeil 4.5 Sıvı fazında moleül ümeleri birbiri üzerinden aar. Gaz fazında moleüller birbirlerinden iyice uzalaşmışlardır. Yapısal bir düzenden söz edilmez. Gaz moleülleri rastgele bir hareet içindedir ve süreli olara birbirleriyle ve içinde bulunduları abın cidarlarıyla çarpışırlar. Gaz fazındai moleüllerin enerji düzeyleri sıvı ve atı fazlardaine oranla olduça yüsetir. Bu nedenle gaz yoğuşuren veya donaren çevreye büyü mitarlarda enerji verme durumundadır. Şeil 4.6 Gaz fazında moleülleri rastgele bir hareet içindedir.

4 4. SAF MADDELERİN FAZ DEĞİŞİRDİKLERİ HAL DEĞİŞİMLERİ Saf maddenin ii fazının bir arada bulunduğu durumlarla sı arşılaşılır. Su bir azanda veya buharlı güç santralinin yoğuşturucusunda sıvı buhar arışımı olara bulunur. Buzdolabının soğutucusunda soğutucu aışan, sıvıdan buhara dönüşür. 4.. Sııştırılmış Sıvı İçinde 0 C sıcalı ve atm basınçta bulunan su bulunan bir piston-silindir düzeneği ele alalım (Şeil 4.7). Bu şartlarda su sıvı fazındadır ve sııştırılmış sıvı diye adlandırılır. Bu terimler suyun henüz buharlaşma aşamasına gelmediğini gösterir. Suyu ısıtmayı 40 C olana de sürdürelim. Bu işlem sırasında su ço az genleşir özgül hacmi artar. Bu genleşme sırasında basıncı atm de sabit almatadır, çünü atmosfer basıncı ve piston ağırlığı değişmemetedir. Bu şartlarda su sııştırılmış sıvı halindedir, çünü buharlaşma henüz başlamamıştır. Şeil 4.7 atm basınç ve 0C sıcalıta su sıvı fazındadır. (Sııştırılmış sıvı) 4.. Doymuş Sıvı Suyun ısıtılması sürdürülürse sıcalıtai artış 00 C olana adar sürecetir. (Şeil 4.8). Bu notada su hala sıvıdır, faat bu notadan sonra en ufa ısı geçişi bile bir mitar sıvının buhara dönüşmesine yol açacatır. Başa bir deyişle faz değişimi başlama üzeredir. Buharlaşma başlangıcı olan bu hal, doymuş sıvı hali olara bilinir. Bu nedenle hali doymuş sıvı halidir. Şeil 4.8 atm basınç ve 00 C sıcalıta su buharlaşma basıncında sıvıdır (Doymuş sıvıdır.) 4.. Doymuş Buhar Buharlaşma başladıtan sonra, sıvının tümü buhara dönüşene adar sıcalıta bir artış olmayacatır. Başa bir deyişle, faz değişimini apsayan hal değişiminin tamamı süresince sıcalı sabit alacatır. Bu işlemler sabit basınçta olması gereir. Piston silindir düzeneğine geri dönerse, buharlaşma sürecinin ortalarında, silindirin içinde yarı yarıya sıvı ve buhar olacatır. (Şeil 4.9) hali, ısıtma işlemi sürdürülürse, tüm sıvı buhara dönüşür. Şeil 4.9 Isıtma sürdürüldüğünde doymuş sıvının bir bölümü buharlaşır. (Doymuş sıvı buhar arışımı).

5 Isıtma işlemesi sürdürülürse, tüm sıvı buhara dönüşür. Şeil (4.0.) 4 hali. Bu notada silindirin içi yoğuşmanın sınırında buharla doludur. Buhardan çevreye azda olsa ısı geçişi bir mitar buharın yoğuşmasına (buhardan sıvıya dönüşmesine) yol açacatır. Yoğuşmanın sınırında olan bu buhara doymuş buhar adı verilir. Şeil 4.0 atm basınçta, sıvının son damlası da buharlaşana adar, sıcalı 00 C sabit alır (Doymuş buhar.) 4..4 Kızgın Buhar Silindir içerisindei suyun 00 C de tamamı buharlaştıtan sonra ısıtma işlemi sürdürülürse sıcalı ve özgül hacminin artığı gözlenecetir. (Şeil 4.) 5 halinde buharın sıcalığı örneğin 00 C olabilir. Bu halde buhardan biraz ısı çeerse sıcalı düşer faat yoğuşma olmaz. Yoğuşma sınırında olmayan buhara ızgın buhar denir. Şeil 4. Isıtma sürdürülürse, buharın sıcalığı yüselmeye başlar (Kızgın buhar). Diyagram 4. Suyun sabit basınç altında ısıtılmasının -V diyagramında gösterilmesi. 4..5 Doyma Sıcalığı ve Doyma Basıncı Verilen bir basınçta saf maddenin aynamaya başladığı sıcalı doyma sıcalığı doyma olara tanımlanır. Benzer biçimde, verilen bir sıcalıta, saf maddenin aynamaya başladığı basınç ise doyma basıncı, P doyma olara tanımlanır. 0,5 pa basınçta suyun doyma sıcalığı 00 C dir. Doğal olara 00 C de suyun doyma sıcalığı doyma basıncında 0,5 pa olur. Açıça görüldüğü gibi, faz değişimin gerçeleştiği bir hal değişimi sırasında sıcalı ve basınç birbirine bağlı özelileridir. doyma = f (P doyma ) olur. Doyma sıcalığını doyma basıncına göre değişimi veren eğri sıvı-buhar doyma eğrisi diye adlandırılır. Su için bu ilişiyi gösteren eğri diyagram 4. de verilmiştir. üm saf maddelerin sıvı-buhar doyma eğriliri buna benzer özellile gösterir.

6 Diyagram 4. Saf maddenin sıvı buhar doyma eğrisi (sayısal değerler su içindir). Diyagram 4. incelendiğinde, doyma sıcalığının doyma basıncıyla yüseldiği görülmete yani basınç artıça aynama notası sıcalığı yüselmetedir. Atmosfer basıncı ve dolayısıyla suyun aynama sıcalığı yüselile azalır. Bu baımdan, eğer düdülü tencere ullanılmıyorsa, yüse yerlerde yemelerin pişirme süresi daha uzun olacatır. Atmosfer basıncının ve suyun aynama sıcalığının yüselile değişimi çizelge 4. de gösterilmiştir. Her 000m yüseli artışı için aynama sıcalığı yalaşı C düşmetedir. Çizelge 4. Standart atmosfer basıncının ve suyun aynama (doyma) sıcalığının yüselile değişimi. 4..6 Kriti Sıcalı Doymuş sıvıyla doymuş buhar hallerinin aynı olduğu hal olara tanımlanır. Bir maddenin riti notada sahip olduğu sıcalı, basınç ve özgül hacim değerleri sırasıyla riti sıcalı, r, riti basınç P r ve riti özgül hacim, V r diye adlandırılır. Su için riti nota değeri r = 74,4C,P r =,09 Mpa ve V r = 0,0055 m /g dır. Diyagram 4. Farlı basınçlar için saf maddenin faz değişimi eğrilerinin -V diyagramı (Sayısal değerler su içindir). Kriti basıncın üzerindei basınçlarda belirgin bir faz değişimi görülmez. (Diyagram 4.) Bunun yerine maddenin özgül hacmi süreli olara artar ve süreli aynı fazda bulunur. Genellile riti sıcalığın üzerindei sıcalılarda maddeye ızgın buhar, riti sıcalığın altındai sıcalılarda maddeye sııştırılmış sıvı denir.

7 Diyagram 4. de doymuş sıvı hallerini gösteren notalar birleştirildiği zaman doymuş sıvı eğrisi elde edilir. Benzer olara doymuş buhar halleri birleştirilere doymuş buhar eğrisi çizilebilir. Bu ii eğri Diyagram 4.5 de görüldüğü gibi riti notada birleşere bir ubbe oluşturulur. üm sııştırılmış sıvı halleri doymuş sıvı eğrilerinin solunda alır. Bu bölge sııştırılmış sıvı bölgesi diye adlandırılır. üm ızgın buhar bölgeleri doymuş buhar eğrisinin sağında alır. Bu bölgeye ızgın buhar bölgesi adı verilir. Madde bu ii bölgede sadece sıvı veya sadece buhar fazındadır. Her ii fazın bir arada dengede bulunduğu hallerin tümü ubbenin altında, doymuş sıvı-buhar arışımı bölgesi veya ısla buhar bölgesi adı verilen bölgedir. Diyagram 4.4 Kriti basıncın üzerindei basınçlarda (P>P CR ) belirgin bir faz değişimi (aynama ) süreci yotur. Diyagram 4.5 Saf maddenin -V diyagramı 4..7 Saf Bir Maddenin P- Diyagramı Bu diyagram genellile faz diyagramı olara bilinir, çünü her üç faz birbirlerinden bir eğriyle ayrılmıştır. Süblimasyon eğrisi atı ve buhar bölgelerini ayırır, ergime eğrisi de atı ve sıvı bölgelerine ayırır. Bu üç eğri, her üç fazın birarada dengede olduğu üçlü notada buluşur. Buharlaşma eğrisi riti notada sona erer. Çünü riti notanın üzerinde sıvı ve buhar fazları arasında bir ayrım yapılamaz. Diyagram 4.6 Saf maddenin P- diyagramı

8 5. ERMODİNAMİK 5. ERMODİNAMİĞİN ANIMI Şeil 5.Kapalı bir sistemde ütle ve enerji aışı Enerji ve uvvet uygulanmış cisimlerin incelenmesi anlamına gelen ermodinami fiziğin ısı ile enerji arasındai bağlantılarını inceleyen ve enerjinin şeil değiştirmesi ile uğraşan olu olara tanımlanır. ermodinamite bir maddeye iş veya ısı verdiğimiz zaman maddenin hal değiştirmesi için, maddeye ne adar iş veya ısı verilmesi veya alınması geretiği hesaplanır. ermodinamite diğer bir hedef de ısının ise çevrilmesi yöntemleri ve düşü sıcalı aynağından yüse sıcalı aynağına ısı naletme için ne adarlı bir iş verilmesi geretiğini tespit etmetir. Sanayinin 8. Yüzyılda büyü atılımlar yapması, geliştirilen mainaların çalıştırılabilmesi için insan ve hayvan gücünün yetersiz alması, bazı bölgelerde aarsulardan faydalanma imanlarının bulunmaması, buhar mainasının icadına yol açtı 7 yılında il buhar mainasının yapılması, 770 yılında James Watt tarafından bu alanda büyü gelişmeler sağlanması yaıtlardan daha ucuz, olay ve verimli iş elde edilmesi araştırmaya yöneltere ermodinami biliminin doğmasına sebep oldu. Buhar ve Gaz ürbinleri, Benzin Diesel Motorları, Soğutma Mainaları gibi tüm termi mainaların çalışma prensiplerinin araştırılması ermodinamiğin onularını apsamatadır. 5. ERMODİNAMİKE KULLANILAN KAVRAMLAR ermodinami işlemlere geçmeden önce bu bölümde sı ullanılan avramları iyi öğrenme gereecetir. 5.. ermodinami Sistem Şeil 5. Sistem, çevre ve sınırın resim üzerinde gösterilmesi. Kavramı belirli bir ütleyi veya uzayın incelenme üzere ayrılan bir bölgesini belirtir. (Şeil 5.) 5.. Çevre Sistemin dışında alan ütle veya bölgedir. (Şeil 5.) 5.. Sınır Sistemi çevresinden ayıran gerçe veya hayali yüzeydir. Sistemin sınırları hareetli veya sabit olabilir. Sınır, sistem ile çevresinin orta temas ettiği yüzey olarata tanımlanabilir. Matematisel açıdan, sınırın alınlığı sıfırdır, bu nedenle ütlesi ve hacmi yotur. (Şeil 5.) 5..4 Kapalı Sistem (Kontrol ütlesi) Sınırlarından ütle giriş çıışı olmayan sabit bir ütledir. Kapalı sistem sınırlarından ütle geçişi olmaz, faat enerji geçişi olabilir. Şeil 5. Hareetli sınıra sahip bir apalı sistem.

9 Şeil 5. de görüldüğü gibi apalı sistemde ütle giriş çıışı olamaz. Enerji iş veya ısı şelinde apalı sistemin sınırlarından geçebilir. Kapalı sistem hacminin sabit olması geremez. Şeil 5. te gösterilen düzenete nolu sisteme ısı aışı olduğunda belirli bir süre sonra onumuna gelecetir. Sistemde ütle alış verişi olmadığı için apalı bir sistemdir. Sisteme enerji transferi olduğundan sınırların bir bölümü hareet etmiştir. 5..5 Açı sistem (Kontrol hacmi) ermodinami olara incelenme üzere göz önüne alınan belirli bir hacme denir. İçinden ütle ve enerji giriş çıışı olan bir sistemdir. Sıca su çıışı Soğu su girişi Kontrol yüzeyi Şeil 5.4 Bir girişli ve çıışlı açı sistem (ontrol hacmi). Şeil 5.4 tei termosifonda süreli su giriş ve çıışı olmatadır. ısı aynağından termosifondai suya ne adar ısı taşınımı olduğunu bulma için sabit ütleyi seçme doğru olmaz. Bunun yerine ontrol hacmine giren sıca ve soğu su aışlarını çıan ütleler alara suya taşınan ısı mitarını bulabiliriz. 5..6 Ayrı (İzole) Sistem Sınırlarından enerji ve ütle geçişi olmayan sistemdir. Ayrı sistem üzerinden çevrenin hiçbir tesiri olmadığı abul edilecetir. 5..7 Adyabati Sistem Bir hal değişimi ii şeilde adyabati olabilir ya sistem ço iyi yalıtılmıştır dolayısıyla sınırlarından anca ihmal edilebilir. Ölçülerde ısı geçebilir,yada sistem ve çevresi aynı sıcalıtadır ve bu nedenle ısı geçişine eten olaca sıcalı farı yotur. Şeil 5.5 Adyabati bir hal değişimi sırasında sistemle çevresi arasında ısı geçişi olmaz. 5..8 ersinirli Geri Dönüşebilirli Denge durumundai bir sistem herhangi bir etiyle hal değiştirditen sonra hem sistemi hem de çevresini başlangıçtai denge haline, getiriyorsa yapılan işlem tersinir bir işlemdir. (Şeil 5.6-a,b) F F P,V P V,V a Şeil 5.6 ersinir bir işleme örne b Şeil 5.6-a dai F uvvetinin şiddeti üçültür. Şeil 5.6-b dei onuma dönece çevreyle ısı verişi ve sürtünme uvveti olmadığı abulüne göre F uvveti F F adar artırılırsa yani F bir olursa sistem terar esi haline gelecetir.

0 5..9 ersinmez İşlem Çevre sistem üzerine bir mitar net iş yapar ve bu nedenle il haline dönmez. (Şeil 5.7) Çevre Sistem,P Başlangıçta Şeil 5.7 ersinmez bir işleme örne Çevre Sistem,P Bitişte Şeil 5.7 de sistem sıcalığı, çevre sıcalığı ye ulaşıncaya adar ısısını alacatır. Herhangi bir işlem uygulanmadan bitiş durumundai sistem endi endiliğinden başlangıçtai haline dönemeyecetir. 5. ERMODİNAMİK İŞLEMLER Isı transferi ile ilgili tüm işlemlerde en az ayıpla sistem tasarımı hedeflenir. Soğutma işleminin sağlanmasında da gene en az enerji tüetimiyle belirli bir soğutma yüünün arşılanması istenir. Soğutma çevrimin meydana getiren her bir işlemin en az ayıpla ve en az enerji sarfıyla çalışması gereir. Soğutma çevrimlerinde ullanılan bazı termodinami işlemler aşağıda açılanmıştır. 5.. Sabit Hacimde ermodinami İşlem (İzometri) Şeil 5.8-a da eletrili rezistanstan apalı hacimde bulunan gaz aışana ısısı verilmiş,. Şeil 5.8 b de W işi verilmiş apalı bir sistem olduğu için Diyagram 5. de görüldüğü gibi basıncın P den P ye çımasına neden olmuştur. P P W K V=Sbt V=Sbt P P-v Diyagramı Şeil 5.8 Sisteme verilen ısının ve işin apalı bir sistemde basınç hacim ilişisi Diyagram 5. V 5.. Sabit Basınçta (İzobar) Şeil 5.9 da sisteme verilen ısısı, piston sürtünmesiz, piston ütlesi ve atmosfer basıncı değişmediği abulüne göre piston onumu olara sistemin basıncı sabit alacatır. Diyagram 5. de görüldüğü gibi. F=Sbt P V V V Şeil 5.9 Sabit hacmin deney düzeneğinde gösterilmesi Diyagram 5. Sabit basınçta P V diyagramı 5.. Sabit Sıcalıta (İzotermi) Aşağıdai P-V diyagramında P basıncında - arası sabit basınçta olup sistem q, ısısını alara sabit sıcalı ve basınç altında, P basıncında ise -4 arası sabit basınç altında olup sistem notasından itibaren q,4 ısısını atmosfere transfer edere notasından itibaren sabit sıcalı ve basınç altında 4 notasına adar sııştırılmatadır. P basıncında - arasında sabit sıcalı ve basınç altındai genişleme q, ısısını alara gazın halini değiştirmete,p basıncında -4 arasındai sabit sıcalı ve basınç altındai sııştırma q -4 ısısını atmosfere transfer edip 4 notasındai. gazın halini değiştirmetedir. Soğutma çevrimlerinde olduğu gibi.

Diyagram 5. Sabit sıcalıta P-V diyagramı. 5..4 Sabit Entropi (İzentropi) Veya Geri Dönüşebilir Adyabati Diyagram 5.4 tei P-V ve -S diyagramlarında görüleceği üzere sistem P den P ye adar sııştırma işlemine tabii tutulursa hacmi V -V adar üçülmete sıcalığı den ye çımata faat sistemin entropisi sabit almatadır. P P S=Sabit P V V Diyagram 5.4 İzentropi işlemin P-V ve -S diyagramında gösterilmesi V 4 S S S 5.4 ERMODİNAMİK KANUNLARI 5.4. ermodinamiğin Sıfırıncı Yasası İi ayrı sistem üçüncü bir sistemde (cisimle) ayrı,ayrı termi dengede ise bu ii sistem termi dengedir. A B C = A = C = B = A = B A C B C Şeil 5.9 Sıcalı ölçüm sonuçlarının gerçeliği bu yasaya dayanır. 5.4. ermodinamiğin Birinci Yasası Enerjinin var veya yo edilemeyeceğini, anca bir biçimden diğerine dönüşebileceğini vurgular. Sistemle çevresinin etileşimi sırasında,sistem tarafından azanılan enerji çevresi tarafından aybedilen enerjiye eşit olma zorundadır. Enerji apalı bir sistemin sınırlarından farlı ii biçimde geçebilir: Isı ve iş olara. Isı Isı Şeil 5.0Enerji, apalı bir sistemin sınırlarından iş veya ısı olara geçebilir. Birinci yasanın özü toplam enerji adı verilen özelliğin ortaya onmasıdır.

Şeil 5. Fırındai patatesin enerjisindei artış, patatese geçen enerjiye eşittir. Şeil 5. de patatese olan ısı geçişi sonunda patatesin enerjisi artacatır. Kütle geçişinin, başa bir değişle patatesin nem aybının olmadığını abul ederse, patatesin toplam enerjisindei artış, ısı geçişine eşit olacatır. Eğer patatese 5 j ısı geçişi olmuşsa, patatesin enerjisi 5 j artacatır. Böylece bu örne için enerjinin orunumu ilesi = E şelinde yazılabilir. Şeil 5. Isı etileşiminin olmaması durumunda sistemin enerji değişimi net ısı geçişine eşittir. Şeil 5. de ocatan suya 5 j ısı geçişi olur ve bunun j adarı sudan çevre havaya geçerse, suyun enerjisi artarsa j olur. Buda net ısı geçişine eşittir. = net = E Yuarıda varılan sonuçlar şöyle özetlenebilir; Sistemle çevresi arasında iş etileşimlerinin olmadığı durumlarda, apalı sistemin bir hal değişimi sırasındai toplam enerji değişimi, sistemle çevresi arasındai net ısı geçişine eşittir. Bu ez de sistem olara eletrili ısıtıcıyla ısıtılan, adyabati bir oda alınsın. Şeil 5. de sisteme verilen eletri işinin sonunda enerjisi artacatır. Sistemde adyabati olduğundan çevreyle ısı alışverişi yotur. Enerjinin orunumu ilesine göre, sistemin enerji artışının, sistem üzerinde yapılan eletri işine eşit olması gereir. Başa bir anlatımla: -W e = E Şeil 5. Adyabati bir sistem üzerinde yapılan iş (eletri işi), sistemin enerji artışına eşittir. Yuarıdai bağıntıda esi işaretinin yer alması, sistem üzerinde yapılan işin esi abul edilmesinden aynalanmatadır. Böylece sistem üzerinde yapılan işin sistemin enerjisini artırması, sistem tarafından yapılan işin de enerjisini matematisel olara sağlamış olur. Şeil 5.4 de eletri ısıtıcısı yerine pervane taalım arıştırma sonunda sistem enerjisi artacatır. Sistem ve çevresi arasında ısı geçişi olmadığı için (=0), pervanenin sistem üzerinde yaptığı iş, sistemin enerji artışı olara endini gösterecetir. Matematisel anlatımla W p = E Şeil 5.4 Bir hal değişimi sırasında sistemin enerji değişimi, net iş çevreyle ısı alışverişinin toplamına eşittir.

Yuarıdai örnelerden, apalı bir sistemde adyabati hal değişimi sırasında yapılan iş, sistemin toplam enerji değişimine eşittir. Eğer bir hal değişimi sırasında hem iş hem de ısı etileşimi oluyorsa, sonuç her birinin atısı toplanara elde edilecetir. Şeil 5.5 de sistemin hal değişimi sırasında sisteme 5j ısı geçişi oluyor, ayrıca sistem üzerinde pervane tarafından 6j iş yapılıyorsa, sistemin bu hal değişimi sırasındai net enerji artışı 8j olacatır. Şeil 5.5 Bir hal değişimi sırasında sistemin enerji değişimi, net iş ve çevreyle ısı alış verişlerinin toplamına eşittir. Sonuçları genelleştirirse, apalı sistem olara tanımlanan, belirli sınırlar içinde bulunan sabit bir ütle için termodinamiğin birinci yasası veya enerjinin orunumu ilesi aşağıdai gibi ifade edilebilir. -W = E (KJ) (5.) Sisteme veya sistemden Isı veya iş olara net enerji geçişi. = Sistemin toplam enerjisindei net artış veya azalma., sistem sınırlarından net ısı geçişini (= g ç ) W, değişi biçimleri apsayan net işi (= W g W ç ) E, Sistemdei toplam enerji değişimi (E E ) Sistemin toplam enerjisi: İç enerji U, ineti enerji KE ve potansiyel enerji PE. Bu nedenle bir hal değişimi sırasında sistemin toplam enerjisinin değişimi, iç enerji, ineti enerji ve potansiyel enerjisindei değişimlerin toplamı olara ifade edilebilir. E = U + KE + PE (KJ) (5.) Bu bağıntıyı 5. numaralı denlemde yerine oyarsa W = U + KE + PE (j) U = m (U U ) (5.) KE = (m/) (v v ) PE = m g (Z Z ) Örne Problem 5. Sabit hacimli apalı bir apta bulunan sıca bir sıvı soğutuluren, bir taraftan da arıştırılmatadır. Şeil 5.6 Başlangıçta sıvının toplam iç enerjisi 800 j dür. Soğutma işlemi sırasında çevreye 500 j ısı geçişi olmatadır. Sıvının son haldei toplam iç enerjisini hesaplayınız? Şeil 5.6 Örme problem 5- genel çizimi? Çözüm Sistem olara abın içindei sıvı seçilsin. Sistem, sınırlarında ütle geçişi olmadığı için, apalı sistemdir. Sistem ayrıca hareetsizdir, bu nedenle potansiyel ve ineti enerji değişimleri sıfırdır.

4 W = U + KE + P 0 E =U U -500 j-(-00) j = U 800 j U = 400 KJ Uygulamada arşılaşılan sistemlerin çoğu hareetsizdir, bu nedenle hızlarında veya ütle merezlerinin bulunduğu notada hal değişimi ve sırasında bir değişili olmaz. Hareetsiz apalı sistemlerin ineti ve potansiyel enerjilerindei değişmeler gözardı edilebilir. ( KE= PE=0) ve birinci yasayı sadeleştirere W = U (j) (5.4) Bazı durumlarda iş teriminin W diğer ve W s olara ii ısımda ele alma olaylı sağlar. Burada W diğer, sınır işi dışında yapılan tüm işlerin toplamıdır. Bu durumda birinci yasa şu şeilde yazılabilir. W dğer W s = E (5.5) Sistemde olan ısı geçişiyle sistem tarafından yapılan iş artı, sistemden olan ısı geçişiyle sistem üzerinde yapılan iş esi alınmalıdır. Örne 5. Bir piston silindir düzeneğinde başlangıçta 00 Pa basınçta 5 gr doymuş su buharı bulunmatadır. Daha sonra silindir içindei bir eletri ısıtıcısı çalışmata ve 5 d süresince ısıtıcıdan, 0 V aynatan sağlanan 0, A li bir aım geçmetedir. Bu süre içinde çevreye.7 j ısı geçişi olmatadır. a) Kapalı bir sistemde sabit basınçta gerçeleşen bir hal değişimi için sınır işi W s ve iç enerji değişimi U nun birleştirilip entalpi, değişimi H olara bir terime indirgenebileceğini gösteriniz? b) Sistemin son sıcalığını hesaplayınız? Şeil 5.7 Örne problem 5. nin genel çizimi P-v diyagramı W = U + KE 0 + PE 0 W diğer W s = U U Hal değişimi, pistonun ütlesi ve atmosfer basıncı sabit aldığı için basınçta gerçeleşmetedir. Bu durumda sınır işi W s =P 0 (V V ) = U U elde edilir. Faat P 0 = P = P W diğer = ( U + P V ) ( U + P V ) ayrıca H=U + PV olduğu için W diğer = H - H (j) W e = V. I. t = 0V.(0,A) (00) W e V.I. t 0V(0,A)(00s) j 000VA s 7,j W e = m (h h ),7j ( 7,j) = 0,05 (h 75,j/g) h =865,j/g

5 Basınç ve entalpi bilindiği için son sıcalı belirlenebilir. Hali: P = 00 pa doymuş buhar h =h g 00pa =75,j/g Hali: P =00pa h =865,j/g =00C 5.4. İç Enerji İç enerji moleüler yapıya ve moleüllerin hareetlili düzeyine bağlı olup, moleüllerin ineti ve potansiyel enerjilerinin toplamı olara düşünülebilir. Bir sistemdei moleüller genelde rastgele bir hareet içinde, belirli bir hızla hareet eder, toplu olara titreşir ve endi esenleri etrafında dönerler. Bu hareetin sonucu olara, bir moleülün yer değiştirme, titreşim ve dönme enerjilerinin toplamından oluşan bir ineti enerjisi vardır. Sistemin iç enerjisinin, moleüllerin ineti enerjisiyle ilişili olan bölümüne duyulur enerji adı verilir. İç enerji aynı zamanda sistemin moleülleri arasındai uvvetlerle ilişilidir. Bu uvvetler moleülleri birbirine bağlayan uvvetlerdir ve tahmin edileceği gibi atı cisimlerde ço güçlü, gazlarda ise daha zayıftır. Katı veya sıvı bir cismin moleüllerine yeterince enerji verilirse, moleüller, aralarındai uvvetleri yenip bağları oparara sistemi gaza dönüştürebilirler. Bu bir faz değişimidir. Elenen bu enerjiden dolayı gaz fazındai sistem, atı veya sıvı fazlarına oranla daha yüse bir iç enerjiye sahip olur. Sistemin fazıyla ilgili bu iç enerjisine gizli enerji adı verilir. Şeil 5.7 Duyulur iç enerjiyi oluşturan moleüler enerji biçimleri Yuarıda sözü edilen değişimler, sistemin imyasal bileşiminde bir değişili olmadan gerçeleşebilir. Bir moleülün atomları arasındai uvvetlerle ilgili iç enerjiye imyasal enerji veya bağ enerjisi denir. Yanma işleminde olduğu gibi bir reasiyon sırasında, bazı imyasal bağlar bozuluren bazı yeni bağlar oluşur. Bu nedenle İç enerji değişir. Atom çeirdeği içindei parçacılar arasında var olan bağlarla ilişisi ço büyü mitarlardai İç enerjiden söz etme gereir. (Şeil 5.8) Bu enerji, nüleer enerji diye adlandırılır ve nüleer reasiyonlar sırasında açığa çıar. Şeil 5.8 Sistemin iç enerjisi enerji biçimlerinin toplamıdır. Sistemin toplam enerjisini oluşturan ve yuarıda açılanan enerji biçimleri, sistem içinde bulunduğu veya depolandığı için enerjinin stati biçimi diye tanımlanabilir. Sistem içinde depolanmayan enerji ise enerjinin dinami biçimi diye adlandırılabilir. Enerjinin. dinami biçimleri sistem sınırlarını geçeren algılanır ve hal değişimi sırasında sistem tarafından azanılan veya aybedilen enerjiyi gösterir. 5.4.4 Isı utumu (Entalpi) Mutla sıfır sıcalığı notasına adar tüm maddelerin iç enerjileri vardır. Bir sisteme iş veya iş eti ettirildiğinde sistemin ısı tutumuda değişecetir. Bir sistemdei madenin başlangıçtai iç enerjisi tablolardan bulunabilir. Sistemin herhangi bir anındai toplu ısı mitarını bulabilmemiz için sisteme eti ettirilen iş veya ısı mitarını hesaplayıp sistemdei maddenin başlangıçtai iç enerjisiyle toplamamız gereecetir.

6 Şeil 5.9 Isı tutumu bir deney düzeneğiyle gösterilmesi Şeil 5.9 dai K ompresörü tarafından nolu tantan gelen soğutucu aışan buharı emilir. K Kompresörü bu soğutucu aışan buharını nolu tana basar. nolu tanta basınç P, nolu tanta ise P dir. Kompresör belirli bir zamanda iş görüp soğutucu aışanın yerini değiştirere iş yapmış olur. Belirli bir zaman içinde ompresörün emme ve basma işlemi neticesinde a-a esiti c-c esiti yerini, b-b esiti de d-d esiti yerini alacatır. a-a ve b-b esitleri arasındai nolu tantan hareet eden buhar hacminin c-c ve d-d esitleri arasındai duruma gelebilmesi için belirli bir iş yapması gereir. B u iş soğutucu aışan buharı hacmince absorbe edilen bir iş olup, uvvetle yolun çarpımına eşittir. P.F.X (5.4..) Burada; P :a-a esitimdei buhar basıncı F :a-a esitinin alanı X :c-c ve a-a esitleri arasındai mesafedir. F.X =V süpürme hacmi olara tarif edilmete olup, bu tarife dayanara P V ifadesi süpürme işi olara isimlendirilir. a-a esitindei buharın iç enerjisi U ise c-c esitinde bu iç enerji P. V adar artmış ve ; U +P.V olmuştur. (5.4..) Kompresörde aynı buhara bir L sııştırma işi ilave olunur ve ompresörden hemen sonra buharın toplam enerjisi U +P.V +L (5.4..) Anca enerjisi artan soğutucu aışan buharı basıncı P olan nolu tana basılma mecburiyetinde olup, basma sırasında toplam enerjisinde: P.F.X = P.V (5.4..4) Kadar azalma olur, Matematisel olara ifade ederse U +P.V +L P.V =U (5.4..5) Bu ifadeyi terar düzenlerse (U +P.V )+L=(U +P.V ) (5.4..6) (U +P.V )+L ve (U +P.V ) değerleri değişi ii durumdai buharın ısı tutumunu gösterir. H = U+ P.V j oplam entalpi (5.4..7) H = U+ P.V j/g Özgül entalpi (birim ütle için) (5.4..8)

7 5.4.5 Entropi ermodinamiğin birinci yasası ısı geçişiyle iş arasında, enerji olara ayırım yapmaz. Birinci yasa açısından ısı geçişi ve iş eşdeğerdedir. Isı geçişiyle iş arasındai ayrım iinci yasa tarafından ortaya çıarılmatadır. Başa bir deyişle, entropi geçişinin olmadığı enerji etileşimi ise iştir. Bir sistemle çevresi arasında olan iş etileşimi sırasında entropi alış verişi yotur. Böylece, sistemle çevresi arasındai iş etileşimi sırasında sadece enerji alış verişi olur, oysa ısı geçişi sırasında hem enerji hem entropi geçişi söz onusudur. (Şeil 5.0) Şeil 5.0 Sistem sınırlarından iş geçişi sırasında entropi geçişi olmaz. Anca, sistem içinde enerji daha az ullanılabilir biçimlere dönüşüren entropi üretimi olur. Entropi avramını daha iyi anlayabilme için özel bir ap içinde sıvı halde bir mitar soğutucu aışan ele alalım. Bu soğutucun aışan adar bir ısının tesiri altında aynamaya ter edildiğinde ve belirli bir sıcalıta aynamaya başladığını düşünelim. Bu durumda entropi diyagramda görüleceği gibi entropilerin farı (S S ) adar değişmiştir. S S (5.4..) Diyagram 5.5 Sıcalı entropi diyagramı. Diyagramı şeil 5.5 te verilen No lu bölge sıvı, No lu bölge sıvı+buhar (yaş buhar), No lu bölge ızgın buhar bölgesidir. A C eğrisi, sıvı bölgesi ile yaş buhar bölgesini ayıran bir sınır eğrisi olup, alt sınır eğrisi olara adlandırılır. C B eğrisi ise yaş buhar bölgesi ile ızgın buhar bölgesini ayran bir sınır eğrisi olup, üst sınır eğrisi olara adlandırılır. C notası riti notayı göstermetedir. Herhangi bir soğutucu aışanı sıcalığında aynadığını düşünelim. Diyagram 5.5 te a notası soğutucu aışanın sıvı olduğu nota, b notası ise soğutucu aışanın doymuş buhar halinde olduğu notadır. Böyle bir buharlaşma için gereli ısı mitarı q= (S -S ) (5.4..) olara hesaplanır. Bu ısı mitarı -S diyagramında bir alan olara görülür. Örne Problem 5. Şeil 5.0 de gösterilen sürtünmesiz piston silindir düzeneğinde başlangıçta 00 C sıcalığında doymuş sıvı-buhar arışımı su bulunmatadır. Daha sonra 5 C sıcalıtai çevre havaya sabit basınçta bir hal değişimiyle, 600 J ısı geçişi olmatadır. Hal değişimi sırasında silindir içinde bulunan su buharının bir bölümü yoğuşmatadır. a) Suyun entropi değişimini hesaplayınız? b) Hal değişimi sırasında çevre havanın entropi değişimini bulunuz?

8 Çözüm a) Basınç sabit aldığı için, sıcalığıda 00C değerinde alacatır. 600j,6j/ K su (00 7) K Su SU Diat edilirse suyun sıcalığında bir değişili olmayıp çevreye verilen ısı, su buharının bir bölümünün daha yoğuşmasına harcanara entropisinin azalmasına neden olmuştur. b) Düşü sıcalıta ısıl enerji deposu çevre havanın entropi değişimide benzer biçimde hesaplanır. Faat bu ez ısı geçişi artı değerdedir.çünü sistem tarafından verilen ısı çevre hava tarafından alınmatadır. Çevre = - Sİistem = 600 J S Çevre Çevre Çevre 600J (5 7)K,0J / K Entropi moleüler düzensizli veya moleüler rastgeleli olara görülebilir. Bir sistem daha düzensiz bir hal aldıça moleüllerin onumları belirsizleşece ve entropi artacatır. Şeil 5. Bir maddenin moleüler düzensizliğinin ölçüsü olan entropi madde eriren veya buharlaşıren artar. 5.5 ERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI Birinci yasaya göre enerjinin var veya yo edilemeyeceği bilinen bir gerçetir. ermodinamiğin birinci yasasına ayırı bir hal değişimi bugüne adar görülmemiştir. Bu nedenle denilebilir i, bir hal değişiminin gerçeleşebilmesi için birinci yasanın sağlanması zorunludur. Faat birinci yasanın sağlanması hal değişiminin gerçeleşebilmesi için yeterli değildir. Masada bıraılan bir fincan sıca ahvenin ısa sürede soğuduğu heres tarafından bilinen bir gerçetir.(şeil 5.) fincan içindei ahvenin hal değişimi termodinamiğin birinci yasasına uymatadır.çünü ahvenin yitirdiği enerji çevre havanın azandığı enerjiye eşittir. Şimdi bunun tersi olan bir hal değişimini düşünelim; sıca ahvenin çevre ortamdan alacağı enerjiyle ısınması. Böyle bir hal değişiminin olamayacağını biliyoruz, faat gerçeleşseydi, havanın aybettiği enerji ahvenin azandığı enerjiye eşit olduğu sürece birinci yasaya ayırı olamazdı. Şeil 5. Bir fincan ahve daha serin bir odada ısınmaz. Şeil 5. ele ısı geçişi eletri üretimine yol açmaz

9 Şeil 5. de bir odanın eletri direncinden geçen aımla ısıtılması düşünülsün, birinci yasaya göre direnç tellerine sağlanan eletri enerjisi odaya ısı olara geçen enerjiye eşit olma zorundadır. Bu hal değişimini diğer yönde uygulayalım. elleri ısıtara tellerde eşit mitarda eletri enerjisi sağlama iman dışıdır. Yuarıdai örnelerden açıça görüldüğü gibi, hal değişimleri belirli bir yönde gerçeleşiren, tersi olan yönde gerçeleşememetedir. Birinci yasa hal değişimlerinin yönü üzerinde herhangi bir ısıtlama getirmez, birinci yasanın sağlanması hal değişiminin gerçeleşebileceği anlamına gelmez. Bu hal değişiminin olup olmayacağı onusunda birinci yasanın yetersizliği iini yasayla apatılır. 5.5. Isı Maineleri Isı mainesi tanımına en ço uyan maine, dıştan yanmalı bir motor olan buharlı güç santralidir. Bu maine dıştan yanmalı olara adlandırılır çüü yanma işlemi mainenin dışında olur ve yaıtın ısıl enerjiye dönüşen imyasal enerjisi aracı aışan olan suya ısı olara geçer. Şeil 5.4 Buharlı güç santralinin genel çizimi 5.5. ermodinamiğin iinci Yasasının Kelvin-Planc İfadesi Hiçbir ısı mainesi aldığı ısı enerjisinin tamamını işe dönüştüremez. Isı mainelerinin süreli çalışabilmeleri için, yüse sıcalıtai bir ısıl enerji deposuyla düşü sıcalıtai bir ısıl enerji deposuyla ısı alışverişinde bulunma zorundadır. Kelvin Planc ifadesine göre hiçbir ısı mainesinin ısıl verimi yüzde 00 olamaz veya bir güç santralinin süreli çalışabilmesi için, aracı aışanın azandan ısıl enerji almasının yanı sıra çevre ortamına da ısıl enerji atarması gereir. Bir ısıl mainesinin yüzde 00 verime sahip olmamasının sürtünme veya diğer ayıplardan aynalanmadığı vurgulanmalıdır. Bu sınırlama, hem gerçe hem de sadece düşüncede var olan müemmel ısı mainelerini apsar. Şeil 5.5 İinci yasanın Kelvin Planc ifadesine ayırı bir ısı mainesi 5.5. Soğutma Maineleri ve Isı Pompaları Isının yüse sıcalı aynağından düşü sıcalı aynağına endiliğinden geçtiği, düşü sıcalı aynağından yüse sıcalı aynağına endiliğinden geçemeyeceği bilinen bir gerçetir. Düşü sıcalıtai bir ortamdan yüse sıcalıtai bir ortama ısı geçişi anca soğutma mainelerinin ullanımıyla gerçeleşebilir.

0. Carnot Çevrimi Isı mainelerinin bir çevrim gerçeleştirere çalıştığı ve aracı aışanın her çevrimin sonunda il haline döndüğü Kelvin-Planc ifadesi açılanıren belirtilmiştir. Çevrimin bir bölümünde aracı aışan iş yapar, bir bölümünde ise aracı aışan üzerinde iş yapılır. İisi arasındai far ısı mainesinin net işidir. Isı mainesi çevriminin verimi büyü ölçüde çevrimi oluşturan hal değişimlerinin nasıl gerçeleştiğine bağlıdır. ersinir çevrimlere gerçe uygulamalarda rastlanmaz, çünü gerçe hal değişimlerinde tersinmezliler yo edilmez. Faat tersinir bir çevrimin verimi, gerçe çevrimin ulaşabileceği en yüse verimi belirler. En ço bilinen tersinir çevrim, 84 yılında Sadi Carnot tarafından ortaya atılan Carnot çevrimidir. Carnot çevrimine göre çalışan ısı mainesi diye adlandırılır. Carnot çevrimi iisi sabit sıcalıta, iiside adyabati olma üzere dört hal değişiminden oluşur.. ersinir Carnot Çevrimi Carnot ii ayrı sıcalı aynağı arasında çalışan, geri dönüşebilir (tersinir) bir maine tasarlamış ve yüse sıcalı aynağındai ısısını alça sıcalı aynağına veririren sıcalığın izoterm olması ve tersinir işlemin diğer yarısınında aynı şeilde izoterm olması geretiğini görmüştür. Buradan ideal çevrime ısının sıcalığında izotermi olara verilmesi ve çevrimden yine sıcalığında izoterm olara ısı çeilmesi geretiği görülmetedir. Diğer yandan, ayrıca aışanın maine içerisinde den ye adar soğuyabilmesi için tersinir bir adyabati bir genişlemeye uğrayara iş vermesi (genişleme mainası gibi) ve yeniden den e çıarılması için adyabati bir sııştırmaya uğrayara bir iş yapması gereecetir. Diyagram 5.5 Carnot çevriminin P.V ve.s diyagramı Bir ısı mainası için tasarlanan bu ideal çevrimin ters yönde çalıştırılması düşünüldüğünde soğutma çevrimi (buhar sııştırmalı) için ideal çevrim haline gelmetedir, yani çevrime iş verere alça sıcalı aynağından yüse sıcalı aynağına ısı transferi mümün hale gelmetedir.. ers Carnot Çevrimi Yuarıda açılanan Carnot ısı mainesi tersinir bir çevrimdir. Bu nedenle tüm hal değişimleri ters yönde gerçeleşebilir. Bu çevrime Carnot soğutma çevrimi denilmetedir. Bu çevrimde ısı ve iş etileşimlerinin yönü değişmetedir. Düşü sıcalıtai ısıl enerji deposundan L mitarında ısı alınmata, yüse sıcalıtai ısıl enerji deposuna H mitarında ısı verilmetedir. Bu çevrimi gerçeleştirme için ayrıca sistem üzerinde W sııştırma mitarında iş yapılmatadır. ers Carnot çevrimi diyagram 5.5 te görüldüğü gibi tersinir Carnot (ısı mainesi) çevrimine göre hal değişimlerinin sadece yönü değişmiştir. 4. Carnot Verimi W genişleme H W sııştırma İzentropi adyabati sııştırma İzotermi sııştırma 4 İzentropi genişleme 4 İzotermi genişleme 4 L S Diyagram 5.6 ers Carnot Çevrim Diyagramı

ersinir veya tersinmez carnot çevriminin verimi aşağıdai denlemle belirlenir. th L H (5.4.4.) η th < η th tersinmez ısı mainesi = η th tersinir ısı mainesi > η th imansız Bu değer H ve L sıcalılarındai ısıl enerji depoları arasında çalışan bir ısı mainesinin sahip olabileceği en yüse verimdir. Diyagram 5.6 da bu sıcalı sınırları arasında (H ve L) çalışan tüm tersinmez (gerçe) ısı mainelerinin verimleri bu değerden daima daha düşü olacatır. Gerçe bir ısı mainesi bu verime ulaşamaz, çünü gerçe hal değişimleriyle ilgili tersinmezliler tümüyle yo edilmez. Yuarıdai denlemlerde H ve L sıcalılarının mutla sıcalılar olduğu devamlı hatırlanmalıdır. Bu denlemde C veya F sıcalılarının ullanılması büyü hatalara yol açar. Şeil 5.6 Carnot ısı mainası. Carnot ısı mainesi, aynı ısı enerji depoları arasında çalışan tüm ısı mainelerinin en yüse verime sahip olanıdır. Bir carnot mainasının verimi H yüseldiçe veya L düşürüldüçe artacağı denlemden açıça görülmetedir. Bu belenen bir sonuçtur, çünü L düştüğü zaman çevreye verilen ısıda azalacatır. Örne: Problem 5.4 Şeil 5.7 de gösterilen carnot ısı mainesi 65 C sıcalıtai bir ısıl enerji deposundan 500 j enerji almata ve 0 C sıcalıtai bir ısıl enerji deposuna ısı vermetedir. Carnot mainesinin ısıl verimini Düşü sıcalıtai ısıl enerji deposuna verilen ısıyı hesaplayınız. Çözüm: th,c L H (0 7)K (65 7)K 0,67 Carnot ısı mainesi aldığı ısıl enerjinin 0,67 sini işe dönüştürmetedir. L L H H 0,67.500 6,8KJ Şeil 5.7 Örne problem 5.4 genel çizimi

5. Carnot Soğutma Mainesi ve Isı Pompası ers Carnot çevrimine göre çalışan bir soğutma mainesi veya ısı pompası, Carnot soğutma mainesi veya Carnot ısı pompası diye adlandırılır. ersinir veya tersinmez olsun bir soğutma mainasının veya ısı pompasının etinli atsayısı, aşağıdai denlemlerle verilmetedir. C.O.P C.O.P SM IP H / L H L Bu arada L, soğu ortamdan çeilen ısı çeilen ısı, H de sıca ortama verilen ısıdır. L H C.O.P SM L H H / C.O.P / L L H Bu değerler, L ve H sıcalıları sınırları arasında çalışan soğutma mainesi veya ısı pompasının etinli atsayılarının alabileceleri en yüse değerlerdir. L ve H sıcalıları arasında çalışan tüm gerçe maineleri ve ısı pompalarının etinli atsayıları daha düşü olacatır. (Şeil 5.8) Şeil 5.8 Soğutma mainesi COP leri Hiçbir soğutma mainesi aynı sıcalı sınırları arasında çalışan tersinir bir soğutma mainesinden daha yüse bir COP ye sahip olamaz. Aynı sıcalı sınırları arasında çalışan gerçe ve tersinir (Carnot) soğutma mainelerinin etinli atsayıları aşağıda arşılaştırılmıştır. COP SM < COP SM tersinmez ısı mainesi = COP SM tersinir ısı mainesi > COP SM imansız Isı pompaları için benzer bir çizelge SM indisini IP ile değiştirere hazırlanabilir. ersinir bir soğutma mainesinin veya ısı pompasının COP si, verilen sıcalı sınırları arasında olabilece en yüse değerlerdir. Soğutma mainelerinin ve ısı pompalarının COP değerleri, L düştüçe azalır. Başa bir deyişle, daha soğu bir ortamdan ısı çeme için daha ço iş yapma gereir.

Örne Problem 5.5 Bir evi ısıtma için şeil 5.9 da gösterilen ısı pompası ullanılmatadır. Evin içi süreli olara C sıcalıta tutulmatadır. Dışarıda sıcalı -5 C ien evin ısı aybı 5000 j/h dır. Verilen şartlarda ısı pompasını çalıştırma için en az ne adar güç gereeçetir? Çözüm Evin içini istenen sıcalıta tutabilme için, ısı pompası aybedilen ısıl enerji adar ısıl enerjiyi eve verme zorundadır asi tatirde sıcalı C nin altına düşecetir. Başa bir değişle ısı pompası eve (yüse sıcalıtai enerji deposuna) H = 5000 j/h = 7,5 w ısı verme durumundadır. Güç geresiniminin en az düzeyde olması için ısı pompası tersinir olmalıdır. Evin içi (H = + 7 = 94 K) ile dış ortam (-5 + 7 = 68 K) arasında çalışan tersinir ısı pompasının COP si aşağıdai denlemlerle bulunabilir. COP IP / L H 68 / 94, ersinir ısı pompasını çalıştırma için gereli güç Şeil 5.9 Örne problem 5.5 genel çizimi. COP W IP net,giren eldeedilmeistenendeğer harcanmasıgereendeğer H COP IP 7,5,w, W H net,giren Isı pompası evin ısı geresinimini, w eletri güçü tüetere arşılamatadır. Eğer bu evde eletrili ısıtıcılar ullanılsaydı güç geresinimi bu değerin, atı olan 7,45 w olur. Bunun nedeni, eletrili ısıtıcılarda eletriğin ısıya dönüşüm oranının : olmasıdır. Faat ısı pompasıyla dışarıdan alınan ısıl enerjinin bir soğutma çevrimiyle eve atarılması sadece,w güç geretirmetedir. Isı pompasının enerji var etmediği, sadece bir ortamdan (soğu dış hava) aldığı ısıl enerjiyi bir başa ortama (evin içi) verdiği bilinen bir gerçetir. 6. ersinmez Hal Değişimleri ersinir hal değişimlerinde çevrime tabi tutulan sistem başlangıçtai haline çevreye etisi olmadan dönmesi gereir. ersinir olmayan hal değişimi tersinmez hal değişimi diye adlandırılır. Bir sistem ister tersinir ister tersinmez olsun, bir dizi hal değişiminden geçere yeniden il haline dönebilir. Diat edilmesi gereen husus, çevrimin tersinir hal değişimlerinden oluşması durumunda, çevrede net bir değişimin olmamasıdır. ersinmez hal değişimlerindeyse çevre sistem üzerinde bir mitar iş yapar ve bu nedenle sistem başlangıçtai haline dönemez. Bir hal değişiminin tersinmez olmasına neden olan etenlere tersinmezli adı verilir. Sürtünme, dengesiz genişleme, ii gazın arıştırılması, sonlu sıcalı farında ısı geçişi, ii gazın arıştırılması, atıların elasti olmayan şeil değiştirmeleri ve imyasal reasiyonlar bu etenler arasındadır. Bunlardan herhangi birisi hal değişimini tersinmez yapar. ersinir hal değişimlerinde bu etenlerden hiç birisi yotur. Şeil 5.9 En ço tersinir hal değişimlerinde elde edilir. En az iş tersinir hal değişimlerinde gereir. 7. ersinir Carnot Çevrimini ersinmez Hale Getiren Etenler Soğutucu ünitede serpantinlerinde ve emme borusunda ve lapesindei sürtünme belirli bir ısı azancı sağlar ve basınç düşmesine neden olur, Piston ve silindir cidarları arasındai sürtünme, sistem çevre ile ısı alışverişi, Kompresörün adyabati olara sııştırma yapamadığı için, Basma borusundai ve yoğuşturucudai sürtünme basınç düşüşüne neden olduğu için,

4 6. GAZ KANUNLARI 6. GİRİŞ Gazlar sııştırılabilen aışanlar olara tanımlanırlar. Yeryüzünü saran hava bir gaz arışımıdır. %78 Azot, % Osijen ve diğer gazlardan oluşmatadır. Ayrıca endüstride osijen, hidrojen, azot, arbondiosit, vb gazlar çeşitli uygulamalarda ullanılmatadır. Gazlar moleüllerden oluşmuştur. Moleüllerin ise, artan sıcalığa bağlı olara ineti enerjileri dolayası ile hızları artmatadır. Gaz aışanları etileyen diğer etmenler ise basınç ve hacimdir. Basınç, gaz moleüllerinin ap çeperlerine yapmış olduları vuruş etileridir. Moleüller bulunduları apların çeperlerine di eti yaparlar. Bu bölümde Boyle, Charles, basınç anunları genel gaz eşitliği, ısmi basınçlar ve arateristi gaz eşitlileri incelenecetir. 6. BOYLE KANUNU Sabit ütleli, sabit sıcalıta bir gaz maddenin hacmi ile basıncı ters orantılıdır. Yani basıncı arttıça hacmi azalır, hacmi arttıça da basıncı azalmatadır. P p v Diyagram 6. Sabit ütleli, sabit sıcalıta bir gaz maddenin hacmi ile basıncı ters orantılı olduğunun P-V diyagramında gösterilmesi. p p v pv pv v Basınç ile hacminin çarpımı da sabittir. P.V = ablo 6- 'de örne olara değişi basınç ve değişi hacimlerdei P.V çarpımlarının sabit olduğu görülmetedir. V(hacim) P(basınç) P:V 48.0.00 48.0 8.0.7 48..0.0 48..0.70 48. ablo 6. P.V çarpımlarının sabit olduğunun gösterilmesi P.V çarpım değerlerindei ço üçü değerlerde değiştileri için bu değerleri sabit abul edebiliriz. Ama ço yüse basınçlarda ve ço düşü sıcalılarda Boyle yasasından sapmalar olabilir. Aşağıdai tablo buna bir örnetir. P Azot(P:V) Karbondiosit(P. Hidrojen(P.V) V) atm.00.00.00 50atm 0.9846 0.74.0 00atm.065 0.4087.6 400atm.557 0.778.775 000atm.064.555.707 ablo 6. Ço büyü basınçlarda P.V sabitinin değişmesi Gere Boyle ve gerese ileride anlatacağımız yasalara tamamen uyan gazlara ideal gaz bu yasaya uymadığı durumlardai davranışlar için ise gaz gerçe gaz niteliğindedir denir. V

5 Örne Problem 6. 70 cmhg basıncında 850 cm olan bir gaz, sıcalı sabit tutulara hacmi 70 cm olaca şeilde bastırıldığında, basıncının ne adar artacağını hesaplayınız? Çözüm P =70 cm P =? V =850cm V =70 cm Şeil 6. Örne problem 6. genel çizimi Sıcalığın soğu tutulabilmesi için silindir soğutulur. P V 70 70, P 8,6 cm P V P 850 Basıncın artan mitarı= 8.6-70.0=.6 cm civa basıncıdır. Örne Problem 6. Sabit sıcalıta ve belirli mitarda gazın 500mmHg basıncında işgal ettiği hacim.0 lit 'dir. Gazın basıncı 750mm Hg basıncına yüseltilirse son hacim ne olur? Çözüm P = 500 P = 750 V =,0 lt. V =? Şeil 6. Örne problem 6. genel çizimi P P V, V 500 750 V,,0 V 7,46lt Örne Problem 6. Sabit sıcalıta ve belirli mitarda gazın 450 mmhg basıncında işgal ettiği hacim 0,50 lt'dir. Gazın basıncı 700 mmhg basıncına yüseltilirse son hacmi ne olur? Çözüm P = 450 P = 700 V = 0,50 lt. V =? Şeil 6. Örne problem 6. genel çizimi P P V V, 450 700 V, 0,5 V 6,75lt

6 6. CHARLES KANUNU Bir gazın sıcalığı değiştirilirse o gazın ya hacmi,ya basıncı ya da her iisi de değişebilir. Gazların sabit ütlede ve sabit basınçta sıcalığı ile hacmi doğru orantılı olara değişmetedir. Bir gazın çeşitli sıcalılarda hacimleri seri deneylerle tayin edilere, bir grafi çizilece olursa düzgün doğru elde edilir. /t basınç altında) litre olara hacim -00-7 -00-00 0 00 00 00 400 500 C Grafi 6. Sabit ütle ve basınçta hacim sıcalı ilişisi Elde edilen doğrunun eğimi deneyde ullanılan gazın hacmine bağlıdır. (Grafi 6.) incelenirse nota nota gösterilen ısım ölçü yapılması mümün olmayan sıcalılar sınırıdır. Sıcalı sıfır olduğu zaman gazın hacmi sıfır değildir. Uzatılan doğru sıcalı esenini -7 C de eser. Bu nota erişilebilen en düşü sıcalı olup, bu sıcalıta gazın moleülleri arasındai hacmi sıfır olmatadır. -7 C de hiç bir madde gaz halinde bulunamaz. Charles anununda sabit ütlede ve sabit basınçta bir gazı sıcalığı ile hacmi doğru orantılı olara değişir. V V V. V. Örne Problem 6.4 Sabit ütlede ve sabit basınçta bir gaz birincide hacmi 750 cm 'te ve 80 K dir. Hacmi 850 cm 'e çıarılırsa sıcalığı ne olur? Çözüm 80 K K =? V = 750 cm V = 850 cm Şeil 6.4 Örne problem 6.4 genel çizimi V V 750 80 850, 90,66 K Örne Problem 6.5 Sabit ütlede ve sabit basınç bir gaz birinci ölçümde 600 cm hacme sahip ve 70 K dir. İinci ölçümde sıcalığı 00 K dir. Hacmi ne adardır? Çözüm 70 K 00 K V =600 cm V =? Şeil 6.5 Örne problem 6.5 genel çizimi

7 600 70 V V 847, cm 00 6.4 GAY-LUSSAC KANUNU Kütlesi ve hacmi sabit olan gazların basınçları, sıcalıla doğru orantılı olara değişir. Bu ile Gay-Lussac anunu olara bilinir. Kapalı bir çeli aptai gazın sıcalığı arttırılsa gaz moleüllerinin ineti enerjileri artar. Kineti enerjinin artması, gaz moleüllerinin hızlarının artmasından ileri gelir. Birim zamanda birim yüzeye çarpan moleül sayısı artar ve gaz basıncı artmış olur. Sıcalığı azaltılan gazların basınçları azalır. Kütlesi ya da mol sayısı sabit olan bir gazın hacmi sabit tutulara, basınç değişimi y eseninde, sıcalı değişimi C olara x eseninde gösterilme üzere bir grafi çizilse, bu grafi Şeil 6.6 dai gibi olur. P -7 0 t C Şeil 6.6 Kütlesi ve hacmi sabit tutulan bir gazın basınç ve sıcalı ilişisi Bir ap içinde bulunan gazın basıncı gaz ısıtılırsa artar. Basınç ve sıcalı arasındai matematisel bağıntı, hacim ve sıcalı arasındai bağıntıya benzer. Hacim sabit tutulduğunda, bir gazın basıncı doğrudan mutla sıcalı ile değişir. P P K P P Bu durumda 'nın değeri incelenen gazın mitarına ve hacmine bağlıdır. Bu genelleme bazen Amontos yasası olara ta isimlendirilir. Şeil 6.7 Sıcalı değişiminin basınç değişimine etisi.

8 Şeil 6.7 de görüldüğü gibi SO, CH CI ve R- gazlarının basınç sıcalı ilişisi görülmetedir. SO gazı +0 C sıcalıta basıncı,7 atü ien, -0 C sıcalığında 0 atülü basınç değerinde, +0 C de ise basıncı 5,7 atü dür. CH CI de ise +0 C sıcalıta basınç 4,0 atü ien 4 C sıcalığında 0 atülü basınç değerinde, +0 C de ise basıncı 5,7 atü dür. R- gazı +0 C sıcalıta basıncı 4,78 atü ien, -0 C de sıcalıta 0 atü değerinde, +0 C de ise basıncı 6,57 atü dür. Sabit hacim ve ütlede gazların basıncı arttıça sıcalığı da artmata, basınç azaldıça sıcalığında azalmata görülmetedir. Örne Problem 6.6 Bir çeli ap içinde 80mmHg basıncında, -7 C sıcalıta He gazı vardır. Bu gazın basıncını, 570 mmhg basıncına çıardığımızda sıcalığı aç C olur? Çözüm -7 C C=? P=80 mmhg P=570 mmhg Şeil 6.8 Problem 6.6 genel çizimi 80 80 mmhg 0,5 atm 760 P P 570 570 mmhg 0,75atm 760 7 C 00 K 0,5 0,75 00 00 K 00 7 7 Örne Problem 6.7 Bir çeli ap içinde450mm Hg basıncında -60 C sıcalıta CO gazı vardır. Bu gazın sıcalığını 0 C sıcalığına çıardığımızda çeli ap içindei basıncı hesaplayınız? Çözüm -60 C 0 C C P =450 mmhg P =? Şeil 6.9 Problem 6.7 genel çizimi Şeil 6.9 450 0,59 760 60 C K 0,59 P 8 P 0,786 atm 0 C 8 K 6.5 GAZLARIN GENEL DENKLEMİ Gazaların genelde en ço arşılaşılan durumu basınç, sıcalı ve hacim değişenlerin her üçünün de değişimidir. Bu durum aşağıdai eşitlile ifade edilir. P V PV

9 Birinci durumdai toplam değer, iinci durumdai toplam değerle aynıdır. Sadece değişen basınç, hacim ve sıcalı değerleridir. Genel gaz denlemi Gay- Lusac, Boyle ve basınç anunlarının en son şelidir. Örne Problem 6.8 Birinci durumda bir gazın basıncı 5 Mpa, hacmi m sıcalığı ise 0 C dir. İinci durumda gazın basıncı 8 Mpa a çıarılmata; hacmi ise m e düşmetedir. Buna göre gazın iinci durumdai sıcalığını bulunuz? P V PV 5, 9 8, 4,4 8,6 K C 6.6 DALONUN KISMİ BASINÇ KANUNU Dalton un ısmi basınç anunu sabit sıcalıta belirli hacimdei gaz arışımlarının aba uyguladıları basınç toplamı, her bir gazın aba te te yapmış olduları basınca eşittir. Şeil 6-0 da görüleceği gibi bir ap içine azot ve hidrojen gazı birlite onuluyor. Her ii gazın aba yaptıları basınç, her birinin te te yaptıları basınca eşittir. P = P N +P H Şeil 6.0 Dalton un Kısmi Basınçlar anunu Örne Problem 6.9 Bir ap içinde azot ve hidrojen gazları bulunmatadır. Her ii gazın aba yapmış olduları basınç değeri 0 Mpa dır. Kap içinde te azot bulunduğunda aba yaptığı basınç Mpa olduğuna göre hidrojenin aba yaptığı basıncı hesaplayınız? P P N P H P P P H H H P P N 0 7Mpa

40 6.7 KARAKERİSİK GAZ EŞİLİĞİ Genel gaz denleminde ifade edildiği gibi bir yazın sıcalığı basıncı ve hacmi sonsuz sayıda değiştirilse de sonuçta sabit bir sayıya ulaşır. P V PV Pn P n n R Her gaz için farlı ve sabit olan bir sayıya gaz sabitesi denir. Her gazın sabitesi farlıdır. Sabite birim ütle için diate alındığında buna arateristi gaz sabitesi denir. R ile gösterilir. Birim iş J/g K veya j/g C dir. Sonuçta eşitli aşağıdai gibi düzenlenir. PV / m R P V m R olduğunda eşitli P Mutla Basınç (Pa) V Hacim m m Kütle(g) R Gaz sabitesi (J/g K) Sıcalı ( K) Osijen gaz sabitesi Havanın gaz sabitesi Helyumun gaz sabitesi Hidrojen gaz sabitesi şelinde oluşur. R o R hava 0 J / g K R He R H 88 J / g K 079J / g K 457J / g K Örne Problem 6.0 0,9m hacme sahip bir tanın içinde 5 C sıcalıta 50Pa basınçta helyum ve hidrojen gazı bulunmatadır. Helyum gazının ütlesi 0,5g olduğuna göre: a) Her bir gazın ayrı ayrı yaptıları ısmi basınç değerlerini; b) Hidrojen gazının ütlesini hesaplayınız? a) Helyumun te basına yapacağı basınç; P He V m R He P P H He 0,5 079 88 0,9,6Pa Hidrojenin yaptığı basınç Dalton Kanuna göre; P P H P He P P P H H H P P He 50,6 87,4Pa

4 b) Hidrojen gazının ütlesi; P V m R H H m m H H 87400 0,9 457 88 0,4g Örne Problem 6. m hacme sahip bir tanın içinde 7 C sıcalıta, 500 Pa basınçta gaz bulunmatadır. Gazın arateristi gaz sabiti 079 j/g K dır. Kap içindei gazın ütlesini hesaplayınız? P 5000 V m R 079J / g K m? P V m R 5000 m 07900 m 0,80g 7 7 Pa PV m R K

4 7. EK KADEMELİ SOĞUMA DEVRESİ Gerçe (tersinmez) buhar sııştırmalı soğutma çevrimi, ideal (tersinir) çevrimden farlıdır. Bu farlılı daha ço, gerçe çevrimi oluşturan elemanlardai tersinmezlilerden aynalanır. ersinmezliğin ii ana aynağı, basıncın düşmesine neden olan aış sürtünmesi ve çevreyle olan ısı alışverişidir. Buhar sııştırmalı meani soğutma çevrimlerinde gazların halini değiştirere düşü ısıl enerji aynağı L den yüse ısıl enerji aynağı H a ısı transferi W g işiyle gerçeleşmetedir.(şeil 7.) W g 6 Kompresör Evaporatör Kondenser H Kısılma Vanası 5 4 Sıvı anı Şeil 7. e Kademeli Soğutma Devresi Şeil 7. de sisteme eti ettirilen W g işi pistonu silindir içerisinde doymuş buhar halindei soğutucu aışanı sııştırara ızgın buhar haline getirip yoğuşturucuya göndermete, yoğuşturucu çıışında sıvı haline gelen sıvı soğutucu aışan ısılma vanasına gelere vana çıışında soğutucu aışan basıncı ve sıcalığı düşere şiddetle aynayan sıvı haline gelere buharlaştırıcıya taşınır. Soğutucu aışan buharlaştırıcının bulunduğu ortamdan ısı azanara buharlaştırıcı çıışında doymuş buhar haline gelir. Piston alt ölü notaya hareet ederen doymuş buhar halindei soğutucu aışan silindir içerisine dolara sistem başlangıçtai haline dönmüştür faat tersinmez olara. 7. EK KADEMELİ SOĞUMA DEVRESİ ELEMANLARI 7.. Kompresör Soğutucu ünitede buharlaşan ısı ile yülü soğutucu aışanı emere aradan gelen ısı yülenmemiş aışana yer temin edip buhar halindei soğutucu aışanın basıncını yoğuşturucudai yoğuşma basıncına çıartara aışın süreliliğini sağlamatadır. 7.. Basma Borusu Kompresörün bastığı yüse basınç ve sıcalı altındai soğutucu aışan buharının ondensere taşınmasını sağlar. 7.. Yoğuşturucu (Kondenser) Soğutucu aışanın buharlaştırıcıdan aldığı ısı ile ompresördei sııştırma işlemi sırasında ilave olunan ısının alınara ızgın buhar veya doymuş buhar halindei soğutucu aışanın ondenser çıışında sıvı haline gelmesi ondenserde gerçeleşir. Belirli bir ısı transferi yüzeyinde olup yoğuşturma ortamı hava, su, hava su olabilir. 7..4 Sıvı anı Kondenserde yoğuşan sıvı soğutucu aışan sıvı tanında toplanır. Sıvı tanında soğutucu aışanın süreli olması soğutucu ünitenin ihtiyacı olan aışanı esintisiz besler. Sıvı tanında esi soğutucu aışan olması durumunda soğutucu ünitede dolaştırılması gereen aışan mitarı temin edilemediği için soğutma sisteminin performansını olumsuz yönde etiler. Düzenli bir soğutma işlemi için sıvı tanının bulunması açınılmazdır.

4 7..5 Sıvı Borusu Sıvı tanında birien sıvı soğutucu aışanı ısılma (genleşme) valfine adar taşınmasını sağlar. 7..6 Kısılma (Genleşme) Valfi Kısılma vanaları, aış esitini herhangi bir şeilde azaltara aışanın basıncını önemli ölçüde düşüren elemandır. Bilinen bazı örneler arasında ayarlanabilir vana, ılcal (apiler) borular vardır. (Şeil 7.) Şeil 7. Kısılma vanaları aışanın basıncını büyü ölçüde düşürme için ullanılır. Aışanın basıncı düşeren, sıcalığında da büyü bir düşme gözlenir. Genleşme ço ani olduğu için soğutucu aışanın ısı tutumunda bir değişili olmaz. Bu nedenle ısılma vanaları soğutma ve ilimlendirme uygulamalarında yaygın olara ullanılmatadır Kısılma valfi genellile üçü elemanlardır. Bu nedenle soğutucu aışanla çevre arsında ısı geçiş alanı üçütür. Isı geçişi için alanın üçü zamanında ısa olması nedeniyle ısılma vanalarında aış adyabati abul edilebilir. 7..7 Buharlaştırıcı (Soğutucu Ünite) Belirli bir ısı transfer yüzeyinde olup soğutulan hacimden soğutucu aışana ısı transfer edere soğutucu aışanı buharlaştırır. Bu işlem sırasında soğutulan hacim havasının ısı tutumu azalır, buharlaşan soğutucu aışanın ısı tutumu artar. Isı tutumu azalan soğutulan hacim havasının sıcalığı düşer ve bu işlemin devamı halinde soğutma işlemi gerçeleşmiş olur. 7..8 Emme Borusu Soğutucu ünitede buharlaşan düşü basınçlı soğutucu aışan buharının ompresör emişi girişine taşınmasını sağlar. 7. SOĞUMA DEVRELERİNDE BASINÇ VE SICAKLIK KAVRAMLARI Soğutma devrelerinde sistem içerisindei soğutucu aışanın sıcalığı ve basıncı sistemin ısımları ve aışanın çalışma şartlarını gösterir. Bu avramlar aşağıdai gibi açılanmıştır. 7.. Yüse Basınç arafı Bir soğutma devresinin ompresörün basma tarafından basma borusu, ondenser, sıvı tanı, sıvı borusu ve genleşme valfine adar olan ısmına yüse basınç tarafı denir. 7.. Alça Basınç arafı Bir soğutma devresinin genleşme valfi çıışından itibaren soğutucu ünite, emme borusu ve ompresörün emişine adar olan ısmına «alça basınç tarafı» denir. 7.. Yoğuşma Basıncı Soğutucu aışanın ondenserdei ızgın buhar, doymuş buhar, ısla buhar ve sıvı durumundai aışan sıcalığına uyan basınç, yoğuşma basıncıdır. Yoğuşma basıncı aynı zamanda soğutma devresinin yüse taraf basıncıdır. Soğutma sisteminde ompresör devre dışı aldığında belirli bir süre sonra yüse basınç tarafındai soğutucu aışan sıcalığı yüse basınç tarafını çevreleyen hava sıcalığına eşit olur. Bu durumda, soğutma devresinin yüse taraf basıncı, çevre havasının sıcalığına uygun bir basınç olara belirlenir. Belirli bir süre devre dışı alan ompresör terar devreye girdiğinde soğutucu aışan sıcalığı ile yoğuşturma ortamının sıcalığı (çevre havası yoğuşturma ortamı olara ullanılırsa) arasında ço ısa bir süre sıcalı farı olmadığından dolayı yoğuşma olmaz. Ço ısa bir zaman içinde yüse taraf sıcalığı yoğuşturma ortamı (çevre havası sıcalığının üzerine çıara bir sıcalı farı meydana gelir. Bu far yeterli bir değere ulaşınca ondenserdei soğutucu aışandan yoğuşturma ortamına olan ısı transferi yeterli duruma gelere ararlı bir yoğuşma işlemi başlamış olur. 7..4 Yoğuşma Sıcalığı Kondenserde yoğuşma durumundai soğutucu aışanın doymuş buhar, ısla ve sıvı durumundai sıcalığıdır.

44 Yoğuşma sıcalığı ondenser ısı transfer yüzeyi ile yoğuşturma ortamının sıcalığı ile belirlenir. Yoğuşma sıcalığı, yoğuşturma ortamının sıcalığından eonomi nedenlerden dolayı ve atmosfer sıcalığının belirlenen ortam sıcalığının üzerine zamanla çıma olasılığına arşı daha yüse seçilir. Anca bu yüseli farının mümün olduğu adar üçü seçilmesi istenir. 7..5 Basma Hattı Sıcalığı Basma hattı sıcalığı yoğuşma sıcalığından farlıdır. Kompresörce basma hattına gönderilen soğutucu aışan buharı, doymuş buhar ısla buhar durumunda ise basma hattı sıcalığı yoğuşma sıcalığına eşit abul edilebilir. Uygulamada soğutucu aışan basma hattında ızgın buhar durumundadır. Kızgın buharın sıcalığı, aynı basınçtai doymuş buhar veya ısla buhardan daha yüse sıcalıtadır. Basma hattı sıcalığı ile yoğuşma sıcalığı ayrı ayrı sıcalı avramlarıdır. 7--6 Buharlaşma Basıncı Soğutucu ünitede buharlaşan soğutucu aışanın basıncına buharlaşma basıncı denir. Buharlaşma basıncı soğutucu ünite ısı transfer yüzeyi ile soğutulan hacmin havasının sıcalığına göre değişir. Soğutucu ünite ısı transfer yüzeyinin belirli bir değeri için, soğutulan hacmin sıcalığının daha düşü değerler alması halinde buharlaşma basıncı düşer. Soğutulan hacmin sıcalığının artması buharlaşma basıncını da arttırır. 7..7 Buharlaşma Sıcalığı Her soğutucu aışanın buharlaşma basıncına bağlı olara buharlaşma sıcalığı vardır, bu sıcalı basınca göre değişir. Buharlaşma sıcalığı düştüçe buharlaşma basıncıda düşecetir. Buharlaşma sıcalığı da soğutulan hacmin havasının sıcalığına göre değişmetedir. 7..8 Soğutma esiri Birim ağırlıtai soğutucu aışanın tamamının soğutulmata olan hacimden absorbe ettiği ısı mitarı, o soğutucu aışanın soğutma tesiridir. Mesela, g ağırlığında 0 C de g buzu ele alalım. Buz ütlesinin tamamı eriyip su haline gelinceye adar çevre havasından 5 j ısı absorbe eder. 5 j 0 C de ve g ağırlığındai buz un gizli ısısı olup, buz için soğutma tesiridir. Buz örneği gibi soğutucu aışanları da inceleyelim. Bir soğutucu aışanın g ının soğutucu ünitede buharlaşıren soğutulan hacmin havasından absorbe ettiği ısı mitarı soğutma tesiri olup, bu mitar o soğutucu aışanın buharlaşma gizli ısısına eşittir. Anca bu arşılaştırma soğutucu aışanın sıvı durumundai sıcalığı ile, buharlaşma durumundai sıcalığının birbirine eşit olması haline göre yapılmıştır. Uygulamada, soğutucu aışanın sıvı durumundai sıcalığı soğutucu ünitede buharlaşma sıcalığından daima yüsetir. Soğutucu aışanın buharlaştırıcı da soğutulmata olan hacmin havasından ısı absorbe etmeden önce sıcalığı buharlaşma sıcalığına düşürülür. Bu sebeple, soğutucu aışanın sadece belirli bir ısmı soğutucu ünitede buharlaşır ve soğutulmata olan hacmin havasından ısı absorbe eder. Deme i soğutma tesiri soğutucu aışanın sıvı durumundai sıcalığı ile soğutucu ünitede buharlaşma sıcalığına göre belirlenmete olup, bu değer soğutucu aışanın toplam buharlaşma gizli ısısından daha üçütür. oplam buharlaşma gizli ısısı soğutma tesiri yüzünden erişilebilece ideal bir değerdir. Her soğutucu aışanın buharlaşma gizli ısısı farlı olduğundan belirli sıvı ve buharlaşma sıcalılarına göre değişi soğutucu aışanların soğutma tesirleri de farlı değerlerde olur. Soğutma sistemlerinde soğutma tesiri yüse olan soğutucu aışanlar tercih edilir, çünü sistemde daha az soğutucu aışan dolaştırılacağı için sistemde dışarıdan verilen iş az olacatır. Soğutma tesirleri termodinami tablo veya çalışma sıcalıları verildiği zaman ph diyagramından bulunabilir. Örne Problem 7. +0 C yoğuşma sıcalığı, -0 C buharlaşma sıcalıları arasında R-4a soğutucu aışanla çalışaca sistemin soğutma tesir atsayısını bulunuz? (ablo R-4a) Çözüm ermodinami tablodan -0 C dei soğutucu aışanın doymuş buhar halindei entalpisi, +0 C dei sıvı soğutucu aışanın entalpisi bulunup doymuş buhar haindei soğutucu aışanın entalpisiyle sıvı halinde soğutucu aışanın entalpi farı g soğutucu aışanın soğutma tesirini verir. R-4a termodinami tablosundan ısı tutumları; +0 C doymuş sıvı durumundai R-4a soğutucu aışanın ısı tutumu = 4 j/g, 0 C doymuş buhar durumundai R-4a soğutucu aışanın ısı tutumu = 94 j/g, Soğutma tesiri = 94 4 = 5 j/g Örne Problem 7. Örne 7- dei çalışma şartlarında soğutma sistemi R- soğutucu aışanla çalıştırılırsa soğutma tesirindei değişimi bulunuz. (ablo R-)

45 +0 C doymuş sıvı durumundai R- nin entalpisi h f = 7 j/g -0 C doymuş buhar durumundai R- nin entalpisi h g = 46 j/g q 0 = 46 7 = 9 j/g 7. KAPASİE KAVRAMLARI e ademeli buhar sııştırmalı meani soğutma sistemlerinde ortam sıcalığının istenilen düzeyde tutulabilmesi için soğutucu aışana dışarıdan bir iş verilmesi geretiği terar hatırlanırsa, soğutucu aışana verilen işin ne adarının ortam sıcalığını istenilen düzeyde tutulabilmesi için harcandığı bilinmelidir. Sistemin istenilen şartlarda çalışabilmesi için aşağıdai apasite hesaplarının iyi öğrenilmesi gerelidir. 7.. Sistem Kapasitesi (soğutma yüü) Bir soğutma sistemi soğutulmata olan hacim veya hacimlerden absorbe ettiği ısı mitarına sistem apasitesi veya soğutma yüü denir. Sistem apasitesi j/h, cal/h, Btu/h veya ton soğutma birimi ile ölçülür.. on soğutma Buhar sııştırmalı meani soğutma sistemleri ev tipi soğutucu olara geliştirilmeden önce yaz aylarında su meşrubat gibi içeceler ve gıda maddelerinin ısa sürede olsa soğu muhafazası için, satın alınan buz alıpları dolap içerisine onulara, soğu muhafaza sağlanmaya çalışılmıştır. Meani soğutma sistemlerinin geliştirilmesinden sonra soğutma apasiteleri ergiyen buz ütlesinin yaptığı soğutmaya göre muayesesi devam ede gelmiştir. 000 lb ağırlığındai buz ütlesi F tamamen ergiyip su oluncaya adar bulunduğu ortamdan aldığı ısı mitarı ton soğutmadır. ton ağırlı = 000 lb F de lb buz ergidiği ortamdan 44 Btu ısı emer ton soğutma = 000 lb x 44Btu/lb = 88000 Btu, ton buz 4 saatte su haline gelirse ortamdan 88000 Btu/4h =000/60 = 00 Btu/da Soğutma yüü ve diğer apasite hesaplarını yapabilme için en yaygın ullanılan yöntem, soğutma sisteminin çalışma (buharlaşma ve yoğunlaşma) sıcalıları belirlenip termodinami tablo ve p-h diyagramıyla bulunur.. Sistem apasitesinin P-h diyagramı ve termodinami tabloyla bulunması p Kriti Nota Yoğuşma 5 Mutla Basınç (bar) 4 Genleşme Buharlaşma h, Diyagram 7. P-h diyagramı 4 h h 5 h h (Özgül Entalpi (j/g))

46 Diyagram 7. de soğutucu aışan, ondenser çıışı notasında doyma eğrisiyle çaıştığı için doymuş sıvı halinde, soğutucu ünite çıışı notasında doyma eğrisiyle çaıştığı için doymuş buhar halindedir. İdeal bir soğutma çevrimi bu diyagramdai gibi çalışmatadır. Faat uygulamada dış havanın ve soğutulan hacmin sıcalığının değişen olması diyagramdai doyma eğrilerinden sapmalarına neden olmatadır. Prati soğutma çevrimlerine apisite hesapları anlatıldıtan sonra terar üzerinde ayrıntılı bir şeilde durulacatır. Soğutulan hacim süreli olara yüse sıcalı aynağı çevre havasının ve diğer ısı azançlarının etisi altındadır. Soğutulaca hacimdei ısı azaçlarına göre soğutma yüü belirlenip bu ısının soğutulan hacimden uzalaştırılabilmesi için yoğuşma ve buharlaşma sıcalılarına göre soğutucu ünitede birim zamanda dolaştırılaca aışan mitarını belirleme gereecetir. Soğutma yüü ısı azaçları hesaplanıp bulunduğuna göre sistemin doymuş buhar halindei özgül entalpisi ve sıvı halindei entalpisi termodinami tablodan bulunara aşağıdai denlemden sistemde dolaştırılması gereen aışan mitarı bulunabilir. 0 = mr. (h h,4 ) 0 = Sistem apasitesi mr = Sistemde dolaştırılması gereen aışan mitarı ( g/h) h = Soğutucu aışanın evaporatör çıışında doymuş buhar halindei ısı tutumu h,4 = Soğutucu aışanın ondenser çıışında doymuş sıvı halindei ısı tutumu m r o h h,4 j/ h j/ g j h g j g / h Örne Problem 7. Sistem apasitesi wh olan te ademeli bir soğutma sistemi R-4a soğutucu aışanla +0 C yoğuşma, -0 C buharlaşma sıcalıları arasında çalışmatadır. a) Sistemin p-h diyagramını çizin. b) Sistemde dolaştırılması gereen aışan mitarını bulunuz. Çözüm P (bar) 7,5 +0C R-4a 4-0C h,4 h h h (j/g) Diyagram 7. P-h Diyagramı 4a soğutucu aışan için P h diyagramından -0 C doymuş buhar için h = 94 j/g +0 C doymuş sıvı için h,4 = 4 j/g wh = 600 j, wh = 700 j

47 0 m r h h,4 m r 700j / h (94 4) j / g 47,68g / h 7.. Kompresör apasitesi Kompresör apasitesi sistemdei soğutucu aışan buharını emip ondensere basabilece değerde olmalıdır. Soğutucu aışanın hareet hacmi sistem apasitesine göre oluştuğundan herhangi bir soğutma devresi için ompresör apasitesi sistemin soğutma apasitesine eşit olmalıdır. Kompresör apasitesi soğutma apasitesinden üçü olursa buharlaşma sıcalığı ve basıncı yüselere yeterli soğutma yapılamadığı gibi ompresörde zorlanma olur. Kompresör apasitesi sistemin soğutma apasitesinden büyü olursa, buharlaşma sıcalığı ve basıncı düşer. Hatta alça basınç tarafı vauma inere sisteme atmosfer havası sızabilir. Bu durumda soğutma devresinde soğutucu aışanla birlite atmosfer havası dolaştığı için soğutma tesirini düşürdüğü gibi yeterli apasitede soğutma yapamayara ompresör işini artırır. Kompresör apasitesi mutlaa sistem apasitesine eşit olmalıdır. Soğutma sistemlerinde yoğuşma sıcalığının ve buharlaşma sıcalığının sabit olmaması sistem apasitesinide değişen haline getirmetedir. Bu değişenliği minumumda tutma için ompresör devir sayısını yüe göre değiştiren sistemler ve buharlaşma basıncını otomati veya elle sabit tutaca basınç regülatörleri geliştirilmiştir. Sııştırma işlemi Sııştırma işleminde P-h diyagramında görüleceği üzere doymuş buhar notası de emilen soğutucu aışan buharı ompresör tarafından notasına adar basılara soğutucu aışanı ızgın buhar haline dönüştürür. Bu sııştırma işlemi sırasında ompresör tarafından yapılan birim ağılıtai soğutucu aışan için iş ısı olara h h j/ g q y Sistemde m g soğutucu aışan dolaştırılıyorsa y mr g h j g h h j/ h Örne Problem 7.4 Örne 7. dei soğutma sisteminin P-h diyagramını çizip ve ompresör sııştırma ısısını bulunuz. Çözüm P (bar) +0C R-4a 4-0C Diyagram 7. P-h Diyagramı 94 h (j/g)

48 P-h diyagramında +0 C doymuş sıvı eğrisinden aşağıya di inere ( notası) 0 C buharlaşma sıcalığından yatay çizilen doğruyla estirilere h,4 notası bulunur, doymuş buhar notası den sabit entropi çizgilerine paralel doğru çıılara +0 C yatay çizgisiyle çaıştırılara notası bulunur, notasından di inilere notasının entalpisi bulunur. q y 94 8j / g y m r h h y h 47,68 94 6,04j / 7.. Yoğuşma işlemi P-h diyagramı 7.4 te görüleceği üzere notasında ızgın buhar halindei soğutucu aışan q, ısının bir mitarını atmosfer havası veya suya transfer edip entalpisi h h ı adar azalara ' notasında doymuş buhar haline dönüşmüştür. notasında doymuş buhar haline gelen soğutucu aışan q, ısısının alan ısmınıda yoğuşturma ortamına transfer edere notasınında doymuş sıvı haline gelere entalpisi h h h toplam değişme veya h h h adardır. h h adar azalır. P-h diyagramında entalpidei Kondenser tarafından yoğuşturma ortamına transfer edilen birim ağırlıtai soğutucu aışan için yoğuşma ısısı q =h -h j/g Sistemde m ilogram soğutucu aışan dolaştırılıyorsa ondenser yoğuşturma apisitesi; m r g h j g h h, j/ h P (bar) q, q,4 4 h,4 h h h h (j/g) Diyagram 7.4 P-h diyagramı

49 Örne Problem 7.5 Örne 7. dei soğutma sisteminin ondenser yoğuşturma apasitesini P-h diyagramı çizere bulunuz? Diyagram 7.5 P-h Diyagramı P (bar) +0C R-4a 4-0C h (j/g) 4 94 40 0 90 = m r ( h h ) 0 = 47,68 ( -4) = 856,4 j/h 40 40 7.4 ISI EŞANJÖRLÜ EK KADEMELI 00 SOĞUMA DEVRELERİ Soğutma sistemleri, soğutucu aışanın 00 yoğuşma ve buharlaşma sıcalılarına göre belirlendiği için yoğuşturma ortamı sıcalığı belirlenen şartlarda ideal bir 0 durumdur. atbiatta bu durumun pe mümün olmadığı görülür. Yoğuşturma ortamı (hava, su) sıcalığının belirlenen değerden yüse olması basma hattı basıncını artırara ompresörün zorlanmasına, yoğuşturma ortam sıcalığının düşü olması ise ondenser çıışında soğutucu aışanın aşırı soğutulmuş sıvı olara çıışına neden olacatır. Buharlaştırma sıcalığı belirlenen değerden düşü olursa soğutucu aışanın tamamı iç ünitede buharlaşamayıp emme hattına sıvı yürümesine, ortam sıcalığı yüse olursa ompresörün uzun süreli çalışmasına neden olacatır. W g 8 Isı Eşanjörü 6 5 Kompresör L Evaporatör Kondenser H Genleşme Valfi 7 4 Sıvı anı Şeil 7.4 Isı eşanjörlü te ademeli soğutma sistemi şeması

50 Emme hattından ompresöre sıvı yürümesi halinde vuruntu oluşur. Bu vuruntuların emme ve basma lapeleri üzerinde yıpratıcı etileri olduğu gibi fazla sıvı yürümesi durumunda silindir blou ve apağında çatlamalara neden olabilir. Kompresör apasitesi sistem apasitesinin üzerinde olursa ompresör tarafından emilen soğutucu aışanın tamamı, buharlaşamayacağı için emme hattına sıvı yürümesi olacatır. Kompresöre emilen soğutucu aışan buharında sıvı bulunmasını önleme için, ompresörce emilen sıvı+buhar arışımı soğutucu aışan, sıvı hattı tarafından aşırı ısıtma işlemine tabi tutulara soğutucu aışanın tamamı buhar haline getirilip bu olumsuz durum giderilmiş olur. notasında, evaporatörde buharlaşan soğutucu aışan buharı ompresör tarafından emilere silindir içersine dolar. notasından soğutucu aışana dışarıdan verilen Wg işi soğutucu aışanı ızgın buhar haline dönüştürere notasından ondensere gönderir. 4 notasında sıvı haline dönüşen soğutucu aışan sıvı tanına ve 5 notasında ısı eşanjörüne girere eşanjör çıışı 6 notasında aşırı soğutulmuş sıvı olara 7 notasında genleşme valfine gelir genleşme valfi çıışında adyabati olara genişleyere basıncı ve sıcalığı düşen soğutucu aışan evaporatörde buharlaşara 8 notasında ısı eşanjörüne girer, ısı eşanjörü çıışında soğutucu aışan aşırı ısıtılara emme hattına sıvı yürümesi önlenmiş olur. 7.4. Isı Eşanjörlü e Kademeli Soğutma Sisteminin P h Diyagramı Üzerinde İncelenmesi P ' +0C ' '' R-4a 4' 4-0C ' h, 4 h,4 Diyagram 7.6 Isı eşanjörlü ve eşanjörsüz te ademeli soğutma sisteminin orta P-h diyagramı üzerinde gösterilmesi. Diyagram 7-6 ta,,,4 notaları eşanjörsüz soğutma sisteminin P-h diyagramını soğutma sisteminin P-h diyagramını göstermetedir. Eşanjörsüz soğutma sisteminin diğer sistemden açı farı ı ve,,, ı ıı ı ı 4 notaları da eşanjörlü ı notalarındai soğutucu aışanın halidir. ı de doymuş buhar, Eşanjörsüz soğutma sisteminde soğutucu aışan ondenserde notasında ızgın buhar, sııştırılmış doymuş sıvı eğrisi de ise sıvı halindedir. notası aynı zamanda genleşme valfi giriş notasıdır. Soğutucu aışan, evaporatör çıışında doymuş buhar eğrisi notası ile çaışara doymuş buhar halindedir. notası aynı zamanda ompresör giriş notasıdır. Eşanjörlü soğutma sisteminde sıvı soğutucu aışan tarafından evaparatör çıışında soğutucu aışana verilen ısı soğutucu aışanın ısı tutumunu doymuş buhar eğrisinin sağ tarafındai h ne çıartıp uru doymuş buhar haline gelmesini sağlayıp emme hattına sıvı yürüme olasılığını da ortadan aldırmıştır.aşırı ısıtma ompresör giriş sıcalığını buharlaşma sıcalığının belirli mitar üzerine çıarmıştır. h h h h h

5 Sııştırılmış sıvı üzerindei notası ondenser çıışındai soğutucu aışanın sıvı olduğu notadır. Diyagram da ondenser çıışında soğutucu aışanın ısı tutumu doyma eğrisinin sol tarafı ne aydığı görülmetedir. Bu sapma, ısı eşanjörüne emme hattından gelen soğutucu aışan buharının ondenser çıışındai sıvı soğutucu aışanı aşırı soğutara gerçeleşmetedir. Buraya adar anlattılarımızı aynı buharlaştırma ve yoğuşturma sıcalıları arasında çalışan eşanjörlü ve eşanjörsüz soğutma sistemlerni örne problem üzerinde incelerse onu daha iyi anlaşılacatır. Örne problem 7.6 +0 C yoğuşma, -0 C buharlaşma sıcalıları arasında R-4a soğutucu aışanla çalışan te ademeli soğutma sisteminin soğutma yüü 5000 j/h tır. a) Eşanjörsüz sistemin p-h diyagramını, b) Verilen soğutma yüünde sistemde dolaştırılması gereen soğutucu aışan mitarını, c) Kompresör sııştırma ısısını, d) Kondanser yoğuşturma apasitesini, bulunuz. Çözüm 4-a P-h diyagramı üzerinde +0 C yoğuşma sıcalığı sııştırılmış doymuş sıvı eğrisiyle çaıştırılıp -0C buharlaşma sıcalığından di inilere ve 4 notaları bulunur. -0 C buharlaşma sıcalığı doymuş buhar eğrisiyle çaıştırılara notası bulunur. notasından sabit entropi çizgilerine paralel çizgi çizere notasından ( +0C yoğuşma sıcalığı) yatay çizgi çizere ve notaları çaıştırılara notası bulunur. - ve,4 notalarından entalpi doğrusuna di inilere soğutucu aışanın entalpileri bulunur. a) P-h diyagramı P (bar) 8 +0C R-4a 4-0C -0 C 6 C 4 94 h (j/g) b) 0 = mr (h-h,4) 5000 = mr (94 4) mr = 5000 / 5 mr =.89 g/h c) y = mr (h-h) =,89 ( - 94) = 9,06 j/h d) = mr (h-h) =,895 ( - 4) = 59, j/h = 0 + y = 5000 + 9, = 59, j

5 Örne problem 7.7 Örne problem 7.6 dai soğutma sistemi eşanjörlü hale getirildiği zaman; sıvı soğutucu aışan ısı eşanjöründe 0C aşırı soğutulara 0 C oluyor, ısı eşanjöründe 0 C aşırı ısıtılara uru doymuş buhar haline gelen soğutucu aışan buharının ompresör giriş sıcalığı 0 C oluyor. Çözüm 4a p-h diyagramı üzerinde +0C yoğuşma sıcalığı çizgisini sııştırılmış doymuş sıvı çizgisini estirere bir mitar uzatılır, ondenser sıvı çıışında sıvı soğutucu aışan aşırı soğutulduğu için 0C doyma eğrisinde yuarı di çıılara yatay çizgiyle esiştirilip notası, notasından -0C buharlaşma sıcalığına aşağı inilere notası bulunur. Emme hattında doymuş buhar halindei soğutucu aışan ısı eşanjöründe aşırı ısıtılara uru doymuş buhar haline geldiği için doymuş buhar eğrisinin sağ tarafına doğru -0 C den uzatılan yatay çizgi.çizilir, diyagramın alt ısmında bulunan 0 C de üzerindei eğriden yuarıya çıılara -0C çizgisiyle esiştirilere notası, notasından sabit entropi çizgisine paralel çizgi çizere +0C yoğuşma sıcalığıyla çaıştırılara notası bulunur. Bulunan notalardan diler inere soğutucu aışanın entalpisi belirlenir. a) P (bar) 8 +0C 0 R-4a 4-0C 0 C 45 C 8 0 5 h (j/g) b) c) m r y mr h h 5000 0 8 m r 5000 75 8,57g / h h h 8,57 5 0 d) y 94,7j/ h 8,57 5 8 594,97j/ h 0 y 5000 94,7 594,7j/ h

5 Eşanjörlü ve eşanjörsüz örne problemleri incelediğimiz zaman şu sonuçları çıartabiliriz. Her ii sistemde sistem apasitesi ile ompresör sııştırma ısısı ondenser yoğuşturma apasitesine eşit olduğu görülmetedir. = 0 + y Eşanjörsüz sistemde sııştırılmış doymuş sıvı eğrisi üzerinde olan notası, eşanjörlü sistemde sıvı soğutucu aışan doyma eğrisinin sol tarafına oyara aşırı soğutulmuş sıvı haline gelmete, Eşanjörlü sistemde birim ağırlıtai soğutucu aışanın soğutma tesiri artaren özgül hacmi de artara ompresör apasitesini negatif yönde etilemetedir. Şöyle i eşanjörsüz sistemde soğutucu ünitede buharlaşan doymuş buhar halindei soğutucu aışanın notasındai özgül hacmi 0,00m/g ien eşanjörlü sistemde aşırı ısıtmanın etisiyle soğutucu aışanın notasındai özgül hacmi 0,5m/g a çıara birim hacimden dolaşan soğutucu aışanın ütlesel debisini negatif yönde etileyecetir. Bu negatif durumu giderme için genleşme valfiyle ayar yapma mümündür. Eşanjörlü sistemde aynı sistem apasitesi için daha az ompresör sııştırma ısısı verileceği hesaplardan görülmetedir. Örne Problem 7-6 dai soğutma sistemi ısı eşanjörlü sistem haline getirildiğinde; Kondenser çıışındai sıvı soğutucu aışan ısı eşanjöründe -0C aşırı soğutuluyor, Evaporatör çıışındai doymuş buhar -0C aşırı ısıtılara uru doymuş buhar haline getiriliyor.

54 8. ISI RANSFERİ Isı bir enerji çeşidi olup yüse sıcalıtai ısıl enerji deposundan düşü sıcalıtai ısıl enerji deposuna endiliğinden geçer. Isı geçişinin olabilmesi için sistemle çevresi arasında mutlaa bir sıcalı farı olması gereir asi tatirde ısı geçişinden söz edilemez. Şeil 8. Isı geçişi Şeil-8- de gösterilen 5 C sıcalıta bir meyve suyu utusunu inceleyelim. Meyve suyu utusunun bulunduğu ortamdan (yüse ısıl enerji deposu) meyve suyuna ısı geçişi olaca belirli bir süre sonra meyve suyunun sıcalığı yüselece veya termi dengeye ulaşacatır. Bu işlemin tersini uygulayaca olursa yani meyve suyunun sıcalığını başlangıçtai haline getirme isterse bu işlem endiliğinden gerçeleşemez çünü düşü sıcalıtai ısıl enerji deposundan yüse sıcalıtai ısı enerji deposuna endiliğinden ısı geçişi sağlanamaz. Düşü sıcalıtai ısıl enerji deposundan yüse sıcalıtai ısıl enerji deposuna ısı transfer edebilme için sisteme dışarıdan bir iş verilmesiyle (soğutma mainasıyla ) mümün olmatadır. Isı farlı sıcalıtai ii ortamdan birinden diğerine geçeren ii ortamın arasında alan ortamın bileşenlerini de geçmesi söz onusudur. Örneğin dış hava sıcalığı 40 o C olan bir yaz gününde yüse ısıl enerji deposu dış havadan düşü ısıl enerji deposu odaya geçen ısının duvarın dış sıvasını, tuğla ısmını, iç sıvasını da geçmesi gibi; transfer edilen ısının büyülüğü sıcalı farı yanında yüzeye,zamana ve ortamların fizisel özellilerine bağlıdır. Isı geçişi üç farlı biçimde gerçeleşebilir. 8. Isı iletimi ( Kondüsüyon ) İletim bir maddenin enerjisi daha fazla olan moleüllerinden yaındai diğer moleüllere, moleüller arasındai etileşim sonucunda enerji geçidir. iletim atı, sıvı ve gaz ortamlarda gerçeleşebilir. Katılarda iletim ısı enerjisinin bir moleülden diğerine atarılması ile, sıvılarda ve gazlarda ise iletim, moleüllerin rastgele hareetleri sırasında birbiriyle çarpışması sonucunda oluşur. Sıca bir odadai soğu ola utusu oda sıcalığına geliren havadan olaya alüminyum cidardan iletimle ısı geçişi olur. (Şeil 8.) Şeil 8. Sıca havadan soğu olaya alüminyum utunun civarından iletimle ısı geçişi. x alınlığında bir tabaadan birim zamanda iletimle geçen ısı iletim sıcalı farlı ve ısı geçişine di alan A ile doğru orantılı tabaanın alınlığıyla ters orantılıdır. Bu, deneylerle gözlenebilen olgudur. Aşağıdai gibi bağıntı yazılabilir. iletim ta x W Burada t ısı iletim atsayısıdır. İletim atsayısı bir maddenin ısı iletme yeteneğinin bir ölçüsüdür.

55 Malzemenin Adı ρ: g/m : cal/mh 0 K Kaba sıva (dışta) Kaba sıva (içte) Buz: 0 C de -0 C Cam yünü Mantar levha Pencere camı (ortalama değer) 600 600 97 90 0,80 0.60,90,0 0,040 0,06 0,70 Çizelge 8. Bazı maddelerin ısı iletim atsayıları. Gümüş, baır, altın ve alüminyum gibi eletri aımını iyi ileten maddeler aynı zamanda ısıyı da iyi ilettilerinden dolayı bu metallerin büyü t değerleri vardır. Lasti, tahta, cam yönü gibi maddeler ısıyı iyi iletemedileri için t değerleri de üçütür. 8.. İçinde Kayna Bulunmayan Paralel levhalarda Isı İletimi q y y Şeil 8. İçinde ayna bulunmayan paralel levhalar. q x(iletimdirenci) y q q q y q q q Birim zamandan geçen ısı mitarı olduğu gibi öbür levhalara da aynen iletiliyor. y q q y q δ + δ δ R y y q y y q Örne Problem 8. cal/ m h C / L y q R y

56 5 cm 0 cm 5 cm = 0,56 cal/mh ºC y =40ºC y =,56 cal/mh ºC y =0ºC y = 0,75 cal/mh ºC =? Şeil 8.4 q x q y y =? q y y q 0,05 0,56 40 0 0,0,56 0,5 0,75 56,64cal/ h q t y t t t t t y 40 q 0,05 56,64 0,56 40 5,040 4,96 C t t t t q 4,96 0,0 56,54,56 4,96,64, C 8. Isı aşınımı (Konvesiyon) Katı bir yüzeyin temas ettiği aışan bir ortam arasında gerçeleşen ısı geçiş şelidir. 8.. Paralel Levhaların Her Yanında İi Aışan Bulunması Hali ve Isı aşınım Katsayısı ile oplam Isı

57 Geçiş Katsayısının Belirlenmesi Şeil 8.5 Paralel Levhaların Her Yanında İi Aışan Bulunması Hali Üst taraftai şeilde görüldüğü gibi levhanın her ii yüzeyindei aışan sıcalıları a > a olma üzere a ve a olsun. Bu abule göre a sıcalığındai aışan ile temas eden yüzey sıcalığı, daha üçü y değerinde, diğer yüzey sıcalığı ise a dan daha büyü y değerinde olup, her ii bölgedei sıcalı değişimleri şeilde görüldüğü gibi eğriseldir. Levha yüzeyleriyle temas eden aışanların levha yüzey sıcalılarına adar olan sıcalı değişimleri D ve D alınlılarındai bölgelerde olur. Düşey esende sıcalı değişimleri belirtildiğine göre, y ve y sıcalılarının bulunduları seviyelerden bu eğrilere çizilen teğetler a ve a sıcalılarına uyan yatay doğruların esişme notaları olan ve M ve M notalarının yüzeylere olan mesafeleri içinde aışanların hareetsiz olduları abul edilebilir. Bu hareetsiz bölge atı cisim gibi düşünülürse ve ısı iletim atsayıları,, ise F. a y y y F.. L F y a eşitliği yazılabilir. Bu eşitlitei / oranı ısı taşınımı atsayısı olara adlandırılır ve h ile gösterilir. Bazı literatürde (bilhassa Alman literatüründe) α ile gösterilmetedir. Boyutu /L θ olmatadır. arife göre levhanın her ii yüzeyi için F h F h yazılabilir. a y y a Geçen ısı mitarı sadece a ve a sıcalıları cinsinden, a a K F ifadesiyle de hesaplanabilir. Burada K, oplam Isı Geçiş Katsayısı olup /L θ boyutundadır ve h h ifadesiyle belirlenir. Diat edilirse burada öncei bölümlerden farlı olara her ii tarafta ısı taşınım atsayısını görmeteyiz. /h oranını Isı aşınım Direnci olara adlandırabiliriz. ısısı sırayla alınlığındai bölgeyi, levhayı ve alınlığındai bölgeyi geçtiğine göre

58 t ni i t a a n n ni i t i t a a n n t i t a a t a y a y i y y y y t y a y a R R R R F L,R, L R, h R, h R F K h L L L h K için mitarı geçen ısı ise mevcut levha paralel bitişit a det n Şayet R R R F R F h F R F L F R F h F Örne: Problem 8. C 0,5,56 0,0 6,87 8,5 q t t, t t q C 8,5 0,56 0,04 6,87 q t t, t t q, t t q C 7 6,87 t, h q t t, t t h q, h t t q i i i i i 0 cm 4 cm t i = C t t t t d =- C δ δ =0,56 cal/mh C =,56 cal/mh C d F x h 6,87cal/ 0,9 C m h 0,9cal/ h,56 0,0 0,56 0,04 h d i Şeil 8.6

59 8.. İçice Aynı Merezli Borularda Isı İletimi Şeil 8.7 İçice Aynı Merezli Borularda Isı İletimi Yuarıdai şeilde görüldüğü gibi r, r, r iç yarıçaplarındai boruların ısı iletim atsayıları,, ve dış yüzey sıcalıları ve y ara sıcalıları ve olduğuna göre içice aynı merezli olan borulardai ısı iletimi ifadesi için seri dirençlerin toplamı alınara bulunabilir. y y L R R R i Aynı ifadeyi; K L i i L'm borudaiısı iletimi.l y y r r n n r r y r n r 4 y şeilinde ifadeetmeisterse, K r n r r n r r n r 4, L

60 8.. İçice Aynı Merezli Borularda İçinde ve Dışında Aışan Bulunması Halinde Isı aşınımı Şeil 8.8 İçice aynı merezli borularda içinde ve dışında aışan bulunması halinde ısı taşınımı Şeil 8.8 de görüleceği gibi borunun iç ve dışındai aışan sıcalıları a ile a, iç ve dış ısı taşımını at sayıları h ve h ise aşağıdai ifadeler yazılabilir. r Lh r Lh a y y a L a a r n r h r r h, KL a a K r h r n r r h, a a L R R R t i t Şayet içice aynı merezli m adet boru mevcut ise geçen () ısı mitarı aışan sıcalıları cinsinden L R t R i a a R mi R t ifadesi yazılır.

6 Örne Problem 8. 0x5 mm li 0 metre uzunluğundai bir boru içinden 80 C sıcalığında buhar geçiyor. Boru dışındai sıcalı 0 C olduğuna göre saatte aybolan ısı mitarını bulunuz. b 40cal/ mh C a 80 C a 0 C L 0m hi 8000cal/ m h C hd 0cal/ m h C r 50mm r 55mm K r h,6 0 80 K L a d r n r Yuarıdai problemdei borunun dışına 50 mm alınlığında ve ısı iletimi atsayısı 0,05 cal/mh C olan cam yönünden ısı izalasyonu yapıldığı abul edilere saattei aybolan ısı mitarını, iç ve dış yüzey sıcalığını hesaplayınız? a r h 0 087cal/ h 55 n 0,050800 40 50 0,0550 r 50mm r 0,055m r 0,050 0,005 0,050 0,05 b 40cal/ mh C cy 0,05cal/ mh C a 80 C a 0 C L 0m hi 8000cal/ m h C h 0cal/ m h C d Şeil 8.9 r h L a a r r n n r r 0,058000 d 40 cy r h 0 80 0 0,055 05 n n 0,05 0,05 55 d 0,050 099,5 0,05 099,5cal/ h r 099,5 0,05 80 y y 79,68 C r h 8, C 8. Borularda Sıcalı Düşmeleri a d y a h L y i a y 0 8000 0

6 e AL Girişten L adar uzata aışan sıcalığı A r h i r n r r h d G C p G= Aışan debisi C p =Aışan özgül ısınma ısısı cal/g C Örne Problem 8.4 5x4 mm li 5m uzunluğundai bir boru içinden 95 C sıcalığında bir aışan geçiyor. Borunun dışında 49,5mm alınlığında ve ısı iletim atsayısı 0,05 cal/mh C olan yalıtım malzemesiyle ısı izolasyonu yapılmıştır. a) İzolasyonsuz boruda 5m sonundai sıcalığı bulunuz? b) İzolasyonlu boruda 5m sonundai sıcalığı bulunuz? r 6,5mm r 6,5 4 58,5mm r 6,5 r 6mm 6,5 49,5 6mm G 000g / h Cp 0,5cal/ g L 5m b 50cal/ mh C hi 50cal/ mh C hd 0cal/ mh C i 95 C d 0 C 0,05cal/ mh C i Şeil 8.0 a) İzolasyonsuz boruda A r h i r n r r h d G C p A 0,65 50 50 6,5 n 58,5 000 0,5 0,05850 A,6570 95 0 75 C 75 e 59,45,6570 C 5

6 b) İzolasyonlu boruda A r h i b r n r iz r n r r h d G C p A 0,65 50 50 66,5 n n 6,5 0,05 6 66,5 000 0,5 0,60 75 e A5 9,9 C

64 9. AKIŞKANLAR MEKANİĞİ Katı bir maddenin belirli bir hacmi ve şeli vardır. Bir tuğla, bilinen şelini ve büyülüğünü orumatadır. Bir sıvının belirli bir hacmi olduğunu faat belirli bir şele sahip olmadığını biliyoruz. Boş bir su deposunu doldurduğunuzda su, deponun şelini alır. Depoyu doldurmadan önce 0 lt suyunuz varsa, doldurdutan sonrada deponun şeil değişiliğine rağmen yine 0 lt suyunuz olacatır. Gaz aışan maddeler ne belli bir hacme ne de belli bir şele sahiptir. Bu tanımlar bize maddenin hallerini anlamamıza yardım eder. Faat bu ayrım aslında biraz yapaydır. Su sıcalı ve basınca bağlı olara, atı,sıvı, gaz yada ısla buhar halinde olabilir. Bir dış uvvetin veya basıncın etisiyle maddenin biçimindei değişili için geçen süre, maddenin atımı, ço visoz bir sıvımı yosa başa bir durumda mı olduğunu belirler. 9. YOĞUNLUK Bir maddenin yoğunluğu birim hacminin ütlesi olara tanımlanır. Yani, ütlesi m, hacmi V olan bir maddenin yoğunluğu m g v m Madde (g/m ) a Madde (g/m ) a Buz 0.97x0 Su.00x0 Alüminyum.7x0 Civa 0.806x0 Demir 7.86x0 Hava.9x0 Altın 9.x0 Helyum.79x0 - ablo 9. Çeşitli maddelerin yoğunluları a = Bütün değerler atm basıncında ve 0 ºC sıcalıta tespit edilmiştir. Çeşitli maddelerin yoğunluları çizelge 9. 'de verilmiştir. Bu değerler sıcalıla değişir, çünü bir maddenin hacmi sıcalığa bağlıdır. Bir maddenin bağıl yoğunluğu; +4 ºC 'dei suyun yoğunluğuna oranı olara tanımlanır. Suyun +4 ºC 'dei yoğunluğu.0x0 g/m 'tür. Bağıl yoğunlu boyutsuz bir avramdır. Bir maddenin bağıl yoğunluğu 5 ise yoğunluğu 5x(.0x0 g/m ) =5x0 g/m olur. 9. BASINÇ Aışan içerisine daldırılan bir cismi sııştırmaya çalışır. Cisim üzerine aışan tarafından uygulanan uvvet, şeil 9. 'de görüldüğü gibi cismin yüzeyine ditir. Şeil 9. Cisim üzerine aışan tarafından uygulanan uvvet Şeil 9. Basınç ölçen bir düzene Sıvı içerisine daldırılmış bir cismin herhangi bir notasına etileyen aışan uvveti cismin yüzeyine ditir. Kabın duvarlarına etiye aışan uvveti bütün notalarda duvar yüzeyine ditir. Aışan içinde belli bir notadai basınç şeil 9- 'de gösterilen bir düzenele ölçülebilir. Düzene, bir yaya bağlı pistonla apatılmış ve içi boşaltılmış bir silindirden ibarettir. Düzene sıvı içine daldırıldığında; aışan, pistonun üst ısmından aşağı doğru basınç uygular ve aışanın içe doğru olan uvveti, yayın dışa doğru olan uvvetiyle dengeleninceye adar yay sıışır. Aışanın basıncı ölçelenmiş bir yayla doğrudan ölçülebilir. Pistona uygulanan normal uvvetin büyülüğü F ve pistonun alanı A ise, düzeneğin daldırıldığı seviyedei aışanın P basıncı, uvvetin alana oranı olara tanımlanır; yani, F P A N m, Pa N / m

65 Bir aışan içindei basınç, bütün notalarda aynı değildir. Belli bir notadai basıncı tanımlama için Şeil 9.'dei aışanı ele alalım. Alanı ΔA olan yüzey elemanına aışan tarafından uygulanan uvvet ΔF ise, o notadai basınç; F P A olur. 9.. Basıncın derinlile değişimi Bir ap içinde durgun halde aışanı düşünelim. (şeil9-) Öncelile, aynı derinlitei bütün notaların aynı basınçta olduğuna diat edelim. Eğer bütün notaların basıncı aynı değilse sistem dengede olmayacatır. P m P g h a Üst yüzeyi atmosfere açı olan bir sıvının h derinliğindei P mutla basıncı, atmosfer basıncından adar büyütür. Şeil 9. Üst yüzeyi atmosfere açılı olan bir sıvının yüzeyinden h derinliğinde bulunan bir notadai P basıncı P Pa g h şelinde verilir. Bu sonuç, aynı yüseliğe sahip olan bütün notalardai basıncın aynı olduğunun anıtıdır. Ayrıca basınç abın şelinden etilenmez. 9.. Pasal Yasası Sıvı içindei basıncın, yalnız sıvının derinliğine bağlı olmasından dolayı sıvının yüzeyine yapılan basıncın, sıvının diğer bütün notalarına aynen iletildiği sonucuna varılmatadır. Kapalı bir sıvıya uygulanan basınçtai değişili abın duvarlarına ve sıvının her notasına değişmesizin aynen iletilir. Pasal anunun önemli bir uygulaması, şeil 9-4 'de açılanan su cenderesidir. Şeil 9.4 Bir su cenderesinin şemati gösterimi. Basınçtai artış sol ve sağ taraflarda aynı olduğu için soldai üçü bir F uvveti, sağda büyü bir F uvveti oluşturur. Şeil 9-4 'de F uvveti, alanı A olan üçü bir pistona uygulanmatadır. Basınç, sıvı tarafından alanı A olan daha büyü bir pistona iletilmetedir. Her ii tarafta da basınç aynı olduğu için P= F / A = F / A yazılır. Böylece; F uvveti A /A çarpanı ile çarpılan F 'den büyütür. İş mainaları, hidroli presler, hidroli frenler, hidroli riolar gibi araçlar pasal prensibine göre çalışmatadır. Örne Problem 9. Servis istasyonlarında ullanılan araba aldırıcılarında sııştırılmış hava 5cm yarıçaplı bir pistona uvvet uygulamatadır. Bu basınç 5 cm yarıçaplı iinci bir pistona iletilmetedir. Sııştırılmış hava 00 N ağırlığındai arabayı aldırma için ne adar bir uvvet uygular? Bu uvvet ne adar hava basıncı oluşturacatır.

66 Çözüm Şeil 9.5 P F A F A A F F A A d / 4,4 0,05 / 4 0,0096m A d / 4,4 0,5 / 4 0,076 m F A A F F 0,6 00,480 N Bu uvvetin oluşturacağı hava basıncı F,480 P 7550, 04 Pa A 0,0096 Giriş enerjisinin (F in yaptığı iş) çıış enerjisine (F nin yaptığı iş) eşit olduğuna diat ediniz. 9.. Basınç Ölçümleri Basınç birimi olara uluslararası birim sisteminde N/m -Pasal ve fizite ullanılan diğer bir basınç birimi bar = 0 6 Dyn/cm ullanılmatadır. Basınç ölçme için basit bir düzene, şeil 9.6 'da gösterilen açı ollu manometredir. Sıvı ile dolu U şelindei borunun bir ucu atmosfere açı diğer ucu bilinmeyen P basıncındai sisteme bağlıdır. Şeil 9.6 Açı ollu manometre

67 Şeil 9.6 'da B notasında basınç olur. B 'dei basınç A'dai basınca eşit olduğundan bu da bilinmeyen P basıncını verir. Burada P ye mutla basınç deniren P-P a 'ya gösterge basıncı denir. Böylece, sistemdei basınç atmosfer basıncından büyü ise h pozitif, basınç atmosfer basıncından üçü ise (abın içinde boşlu olması ) h negatif olur. Örne Problem 9. P a P A B Şeil 9.7 Sistemin vaumda olması Şeil 9.7 de sistem vaumdadır. Yani sistemin basıncı atmosfer basıncının altında bir basınç değerindedir. Buradai P basıncı aşağıdai bağıntıyla bulunabilir. P h g h 0,6, 600g / m P 600 0,6 9,8 80049,6 Pas Basınçlar Arasındai İlişinin Şemati Olara Açılanması Basınç ölçmede ullanılan ölçü aletleri genellile, atmosfer basıncından itibaren ölçülen bu basınca efetif basınç denir. Lâboratuar cihazlarında ullanılan manometreler, ölçüme atmosfer basıncından itibaren başlanıyorsa mutlaa laboratuarın bulunduğu ortamdai atmosfer basıncı manometreden ounan basınca ilave edilmetedir. Bu basınca mutla basınç diyoruz. Örne Problem 9. P mut =P ef +P atm M u t l a b a s ı n ç Efetif basınç Atmosfer basıncından büyü basınç Atmosfer basıncı Atmosfer basıncında üçü basınç Mutla sıfır basıncı (Mutla basınç için referans) Vaum Şema 9. Basınçlar arasındai ilişinin şemati olara gösterilmesi A notasındai manometre basıncını Hg 'nın U tüpü içerisinde yüselişini göz önüne alara bulunuz?

68 5m D Su A B 4m m C PB PC PB PA su g h PC PD C g h PA su g h C g h PA PD C g h su g h PA 0 6009,80009,8 P 570 P,57bar A A Şeil 9.8 Örne Problem 9.4 İzafi yoğunluğu 0.750 olan yağ şeil 9.9 da görüldüğü gibi amatadır. Bu aış esnasında U şelindei manometrede Hg h adar yüselmetedir. A notasındai manometre basıncı.5 bar olduğuna göre h Hg yüseliğini bulunuz? A P B = g (0.8 + h) + P A P B = g 0.8 + g.h + P A P C = g.h + P D 0.8m D h P B = P C g 0.8 + g.h + 50000 = 600.9.8.h + 0 5886 + 757.h + 50000 = 46.h h =.66 m B C Şeil 9.9 Örne problem 9. genel çizimi Bu bölümde şimdiye adar çalışmamız sıvı aışanlar üzerindei durgun haldei sıvılarla sınırlıydı. Bundan sonra hareet halinde olan sıvılar üzerinde çalışmamız devam edecetir. 9. AKIŞKANLARDA HACİMSEL DEBİ Şeil 9.0'da görüldüğü gibi bir aışanın debisini ölçme için ölçeli bir ap alınara ap doldurulur. Şeil 9.0 Hacimsel debinin ölçülmesi Kabın dolma süresi ronometre ile ölçülere aışanın hacmi, geçen zamana bölünere aışanın hacimsel debisi bulunur. Vv V t (Aış mitarı sabit ve düzenli)

69 Hacimsel debi aynı zamanda birim esitten birim zamanda geçen aışan mitarı olara ta tanımlanabilir. V A U /s Am Um /s V m /s Acm/s V cm Örne Problem 9.5 Çapı 0 mm olan bir boru içinden amata olan su 5 litre hacmindei abı 50 saniye içerisinde doldurmatadır. Suyun hacimsel debisini (L/s) ve hortumdai suyun aış hızını hesaplayınız?(aış düzenli ve sürelidir.) V Vv t 5 50 L s 0,5lt /s dm /s V A u u 0,5 dm 0, 4 /s dm dm 6 s dm 6dm s dm 6dm/s 9.4 KÜLESEL DEBİ Aışanın özgül ütlesine bağımlı olara belirlenen debiye ütlesel debi denilir ve g/m 'tür. m ile gösterilir. Birimi ise m V m Au Örne Problem 9.6 Boru çapı 00mm olan bir borudan özgül ütlesi 900 g/ m olan yağ 5.6m/s amatadır. Aışanın hacimsel ve ütlesel debisini bulunuz. Çözüm m V 0, V 5,6 4 V 0,76m m 0,9 0,76 58g /s /s

70 9.5 AKIŞ ÇİZGİLERİ VE SÜREKLİLİK DENKLEMİ Kararlı aış yapan sıvı içindei aışan parçacığın aldığı yola aış çizgisi denir.aışan parçacığının hızı şeil 9.'de görüldüğü gibi, o notadai aış çizgisine daima teğettir. İi aış çizgisi asla birbirini esemez, asi halde aışan parçacığı, esişme notasında ters tarafa hareet edeceğinden aışan ararlı olamayacatır. Şeil 9. P 'dei bir aışan parçacığı bu aış çizgilerinden birini taip etmetedir ve hızı yol boyunca herhangi bir notada aış çizgisine teğettir. Şeil 9.'de görülen aış çizgisi demeti bir aış borusu oluşturur. Aış çizgileri birbirlerini esmemeleri geretiğinden, aışan parçacıları borunun enarlarından içeri veya dışarı aamazlar. Şeil 9.'dei esitleri farlı borudai aışanı göz önüne alalım. Kararlı aışta, aışan içindei parçacılar aış çizgisi boyunca hareet ederler. Bütün notalarda, parçacı hızı, parçacığın hareeti boyunca aış çizgisine teğet olur. Şeil 9. Kesitleri farlı borudai aış Kararlı aış halindei sııştırılamayan sıvı, esitleri değişen boru içinde amatadır. Bu durumda Δt zaman aralığı içinde A esitinden geçen sıvının hacmi, aynı süre içinde A esitinden geçen sıvının hacmine eşit olur. A. V = A. V Küçü bir Δt zaman aralığı içinde, borunun A notasındai aışan ΔX = V Δt adar hareet eder. Bu bölgedei esitin alanı A ise, taralı bölgedei aışanın ütlesi Δ m = A ΔX = A V Δt Benzer şeilde Δt süresince borunun üst ucundan geçen aışanın ütlesi Δ m = A V Δt şelinde yazılır. Kütle orunduğu ve aış ararlı olduğu için,.δt süresi içinde A esitinden geçen ütle aynı süre içinde A esitinden geçen ütleye eşit olur. Böylece Δ m = Δ m ya da A.V = Δ V olur. Bu ifadeye sürelili denlemi denir. Sııştırılmayan bir sıvıda sabit olduğu için, A.V = Δ. V sabit. Boru boyunca her notada aışanın hızı ile esitinin çarpımı sabittir. Kütle orunduğu için aışanın hızı, borunun dar olduğu yerde büyü, geniş olduğu yerde üçütür. Örne Problem 9.7 Çapı 00mm olan boru içinden amata olan suyun hızı m/s 'dir. Borunun ucuna bağlanmış olan nozulun çapı ise 50 mm'dir. Nozuldan çıan aışan hızını hesaplayınız?

7 Çözüm Sürelili denlemi A V A A V V V A A V V m / s 0, 0,05 d 4 d 4 9.5 LAMİNAR AKIŞ Bu tür aım şelinde aış çizgileri sürelili denleminde anlatıldığı gibi aışan parçacığının hızı Şeil 9. de görüldüğü gibi o notadai aış çizgisine teğettir. İi aış çizgisi asla birbirini esmeyecetir. Sıvı aışanın, boru çapı vizositesi, hızı hatta sıvı aışanı taşıyan iletim ağındai dirençler bu aım şelini elde etmede önemli fatörlerdir. Şeil 9.4'de laminar aışa örne resim görülmetedir. Şeil 9.4 Laminer aış 9.6 ÜRBÜNLASLI (ZORLANMIŞ) AKIŞ Bu aımda ise aışan parçacığın hızı o notadai aış çizgisine teyet olan durumu bozulmaya başlayara Laminer aıştan türbülanslı aışa geçiş şelini almıştır. Şeil 9.5 Şeil 5 Laminer aıştan türbülanslı aışa geçişi Şeil 9.6 da ise aışın tamamen türbülanslı aış şelini aldığı görülmetedir. Şeil 9.6 ürbülanslı aış

7 9.7 VİSKOZİE Aışanın aışına arşı gösterdiği direnç olara tanımlanabilir. Sıvının visozlu derecesi aşağıdai örnele anlaşılabilir. Yağ gibi sıvı tabaasıyla ayrılmış ii cam levhadan biri sabit tutulup diğerini onun üzerinde aydırma olaydır. Şeil 9.7 Anca tabaaları ayıran sıvı atran ise levhaların birbiri üzerinde aymaları zorlaşacatır. Böylece atranın visozluğunun yağdan daha fazla olduğu sonucuna varılabilir. Şeil 9.7'de levhalardan birinin sabit levhaya omşu olan tabaası, hareetli levhaya omşu olan tabaasına göre hareet ediyoren ardışı levhaların hızının doğrusal olara O dan V ye adar arttığına diat edilir. Şeil 9.7 İi atı yüzey arasındai sıvı tabaası.aşağıdai yüzey sabit, üst yüzey ise v hızı ile sağa doğru hareet etmetedir. Bazı maddelerin visozlu atsayısı tablo 9.'de verilmiştir. ablo 9. Çeşitli sıvıların visoziteleri 9.8 REYNOLDS SAYISI (Re) Aışanlardai aış türünün belirlenebilmesi için Reynolds sayısı denilen boyutsuz bir parametrenin belirlenmesi gereir. 9.8. Aış Karaterini Etileyen Fatörler Aışan hızı yüse ise türbülanslı aışa meyilli olur. Aışan visozitesi düşü ise türbülanslı aışa meyilli olur. Aışan sıcalığı belirlenen sıcalı altına düşerse türbülanslı aışa meyilli olur. 4 Boru çapı üçü ise türbülanslı aışa meyilli olur. R e u d u d u =Aışanın hızı (m/s) d =Boru çapı (m) =Sıvının özgül apasitesi (g/m ) =Aışanın dinami visozitesi (Pas) =Aışanın inemati visozitesi (m /s)

7 Yapılan araştırma sonucunda: Reynolds sayısı Aış türü 000 'in altında Laminar 000-40000 Laminardan - türbülanslı aışa geçiş 4000 üstünde ürbülanslı ablo 9. Aış türünü gösteren tablo Örne Problem 9.8 0mm çapındai bir boru içindei L/s 'de aışan amatadır. Aışanın dinami visozitesi 0.544 x0 - Pas Özgül apasitesi 988 g/m 'tür. Aışanın aış türünü belirleyiniz. V u A R e.0 0,0 4 u d 4 4 0,0988 0,5440 4,4m /s R e 0 Aış türü türbülanslıdır. 9.9 İDEAL SIVI İÇİN ENERJİ DENKLEMİ (BERNOUİLLİ EŞİLİĞİ ) İdeal aışan; sııştırılamayan, aıcılığı müemmel olan aışan olara tanımlanır. Bernouilli eşitliği ideal aışan için incelenecetir. Şeil 9.8 de görülen eği onumlu şeffaf bir boru içinde, birim ütlede notasından alınan aışan notasında boruyu ter etmetedir. Neticede boru sürtünmesindei ayıplar ihmal edildiğinde m ütlesindei aışanın sahip olduğu enerji boru içinde her esitte aynıdır. Bu enerjiler potansiyel enerji, ineti enerji ve aışta meydana gelen iş 'ten oluşmatadır Şeil 9.8 Eği ve oni boru içinde aış. Potansiyel enerji =Eği oni boru için herhangi bir nota referans olara alındığında, m g ütlesindei aışanın potansiyel enerjisi Ep = m.g.h Kineti enerji = m g ütlesindei aışanın hızına bağlı olara sahip olduğu ineti enerji

74 E m V Aışanın yaptığı iş = ve notaları arasında pompa olmadığından dolayı, yerçeimi ivmesi aışanı ters yönde aışa zorlar. Aışanın yuarı aışının nedeni ve notaları arasındai basınç farıdır. Bu aış için gereli enerji ''aış işi'' olara tanımlanır. P E + K E + W = P E + K E + W Gereli düzenlemeler referans düzlemine göre yapıldığında; P g V g P g V g h h 9.0 VENÜRİ BORUSU Ventüri borusu Şeil 9.9 da görüldüğü gibi orta ısımda düzgün şeilde daralan bil bölge () giriş ve çıışta ise büyü çaplı bölgeler ( ve ) bulunmatadır. Venturi borusu Aış doğrultusu Boğaz Şeil 9.9 Ventürimetre borusu Ventüri borusunun nolu esiti dar, ve nolu esiti ise geniştir. Aışanın. ve. bölgede basıncı yüse, hızı düşütür.. bölgede ise basıncı düşü hızı yüsetir. Kayıplar ihmal edildiğinde birim ütlenin sahip olduğu toplam enerji tüm esitlerde aynıdır. Ventürimetre aışanlarının hızının ve debisinin ölçümünde ullanılır. Örne Problem 9.9 Yatay onumdai bir ventüri borusunun geniş bölgesinin çapı 75mm, boğaz ısmının çapı ise 50 mm dir. Boru içinden amata olan aışanın geniş esitinde basınç 45 Pa, aışanın hızı ise 4 m/s dir. Boğaz ısmında aışan basıncı ve hızını bulunuz? Çözüm: d = 75mm h = h (yatay boru ) d = 50mm P = 45Pa = 45000Pa V = 4m/sn su = 0 g/m V A V A A V V A

75 V d V 4 d 4, V d V d V 75 4 50 9m /s Bernoulli eşitliğinde değerler yerine onulara; P g V g P g V g h h h =h olup, her ii taraf g ile çarpılabilir. P V 0 P V 0 450 0 P 45 8 0 P 4 P 0 40,5 9 500Pa,5Pa 9. VENÜRİMERE Aışanların hızının debisinin ölçülmesinde ullanılan ventürimetrenin çalışma prensibi aynı ventüri borusu gibi olup, dar ve geniş esite U tipi basınç ölçer bağlanmıştır. U tipi manometredei aışan genelde civadır. Şeil 9.0 Ventürimetre Ventürimetrede debinin ölçülmesi için ullanılaca eşitli bernouilli eşitliğine bağımlı olara ortaya onur. P g V g P g V g h h A notasındai basınç = B notasındai basınç Örne Problem 9.0 Şeil 9.0 de görülen yatay onumda yerleştirilen ventürimetrenin. esitinin çapı 00 mm,. esitinin çapı ise 50 mm dir. Ventürimetreden aışanın debisi 7 m /h dir. Ventürimetrenin ucuna bir nozıl yerleştirilmiş olup, aışan nozuldan atmosfere tahliye edilmetedir. a). ve. Kesittei hızları, b) notasındai basınçları hesaplayınız?

76 Çözüm Aışanın debisi tüm esitlerde aynıdır. A V A A A V d d A / 4 / 4 V 0,00 7/600 0,9m /s /600 0,050 / 4 / 4 / 400m /600m P notasında aışan atmosfere tahliye olduğundan P =0 dir. ve notaları arasında Bernouilli eşitliği uygulanırsa; P V P 000 P P,547 V g 48700N / m 0 0,9 g, 0,48 bar.